想象一下給瞬間內(nèi)發(fā)生的化學(xué)過程錄影，或者在不造成破壞的情況下給病毒分子拍照……日本的研究者已經(jīng)把X射線激光聚焦到只有幾納米的直徑，距離這樣的應(yīng)用目標(biāo)近了一大步。

新型X射線激光示意圖。(Osaka University)

大阪大學(xué)(Osaka University)的研究人員和同行近期完成的一份研究，實(shí)現(xiàn)了直徑只有6納米的X自由電子激光。與以前的研究相比，這顯著提高了這些激光器為原子層面結(jié)構(gòu)成像的可用性。

為了看到微觀結(jié)構(gòu)，觀察超短的瞬間內(nèi)發(fā)生的化學(xué)過程，研究人員通常采用同步加速X射線設(shè)備。而X射線自由電子激光是另一種方法，可以在原子躍遷這樣的瞬間內(nèi)為原子層面的物體成像，而且不損害粒子。這需要亮度非常高的X射線激光，將非常快的激光脈沖聚焦于只有納米大小的范圍內(nèi)。

“使用多層鏡面，我們把激光束縮小到只有6納米直徑。”這項(xiàng)研究的主要作者井上(Takato Inoue)說，“這還達(dá)不到原子的直徑，但是我們已經(jīng)前進(jìn)了一大步?！?/p>

在此之前，將X自由電子激光要聚焦到如此小的范圍很困難，至少要面臨兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)，包括制造所需的鏡面，以及如何測量激光的直徑。

“我們把連續(xù)的X射線照射在隨機(jī)分布的金屬納米粒子上，從而得到激光束的特征數(shù)據(jù)。用這種辦法測得的激光特性，和理論計(jì)算符合度很高?！?/p>

研究人員稱，能夠精確測量激光束的直徑之后，這種技術(shù)還有進(jìn)一步發(fā)展的空間。比如，使用原子代替金屬納米粒子，可以讓X射線自由電子激光聚焦到1納米的范圍。

研究人員希望能夠產(chǎn)生亮度超太陽百萬兆倍的激光，用于為超快的分子過程成像，效果將超過現(xiàn)在最先進(jìn)的同步加速器。這種技術(shù)能夠在不損害微觀粒子的情況下成像，對于蛋白分子等生物體的成像有重要作用。