高速X射线脉冲或可捕捉原子运动

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长期以来,X射线已被证明在研究物质的微观结构方面非常有用。现在,科学家们已经朝着将X射线成像技术提升到新的水平迈出了重要一步。《自然》杂志的最新一期报告描述了一种超快开关的开发,这种开关可以让研究人员使用X射线束来捕捉分子反应的动态。

足够快速地开关X射线以冻结原子运动并非易事。但密歇根大学的马修·F·德坎普和他的同事们发现,他们可以使用锗晶体来控制X射线脉冲的时序,从而实现这种速度。由此产生的开关的功能很像相机的快门。在光线充足的情况下,快门速度越快,相机就越能冻结运动中的物体。但是,虽然相机快门的速度可能达到千分之一秒左右,但新的开关允许皮秒时间(即万亿分之一秒)的X射线脉冲——足够快,可以记录化学反应过程中分子结构的变化。

存在其他在相当快的时间尺度上控制X射线的技术,但它们各有侵入性,并且仅适用于某些X射线束线。维也纳技术大学的费伦茨·克劳斯和克里斯蒂安·施皮尔曼在随附的评论中写道,相比之下,德坎普团队开发的开关“是一种通用工具,可以添加到几乎每个束线,而无需触及光源”。他们补充说,“仍然存在许多挑战,例如通过使用电子激发来缩短开关时间,以及提高开关效率以产生具有良好对比度的X射线脉冲。”“但是,一旦这些问题得到解决,这种超快开关可能会成为X射线工具箱中的关键组件,用于探测物质的结构动力学。”

Kate Wong is an award-winning science writer and senior editor at 大众科学 focused on evolution, ecology, anthropology, archaeology, paleontology and animal behavior. She is fascinated by human origins, which she has covered for more than 25 years. Recently she has become obsessed with birds. Her reporting has taken her to caves in France and Croatia that Neandertals once called home, to the shores of Kenya's Lake Turkana in search of the oldest stone tools in the world, to Madagascar on an expedition to unearth ancient mammals and dinosaurs, to the icy waters of Antarctica, where humpback whales feast on krill, and on a "Big Day" race around the state of Connecticut to find as many bird species as possible in 24 hours. Kate is co-author, with Donald Johanson, of Lucy's Legacy: The Quest for Human Origins. She holds a bachelor of science degree in biological anthropology and zoology from the University of Michigan. Follow Wong on X (formerly Twitter) @katewong

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