欧洲XFEL和DESY的一个研究小组通过以兆赫兹重复率产生前所未有的高功率阿秒硬x射线脉冲，在x射线科学方面取得了重大进展。这一进展开辟了超快电子动力学研究的新领域，并使原子水平上的非破坏性测量成为可能。
研究人员已经展示了单脉冲硬x射线脉冲，脉冲能量超过100微焦耳，脉冲持续时间只有几百阿秒。一阿秒是一秒的五分之一（10-18），这个时间尺度可以让科学家捕捉到物质中最快的电子运动。
“这些高功率阿秒x射线脉冲可以为在原子尺度上研究物质开辟新的途径，”欧洲自由电子自由实验室的物理学家、发表在《自然光子学》上的这项研究的主要作者严佳伟说。“有了这些独特的x射线，我们可以对结构和电子特性进行真正的无损伤测量。这为阿秒晶体学等高级研究铺平了道路，使我们能够在真实空间中观察电子动力学。”
产生这种超短硬x射线脉冲的传统方法需要将电子束电荷大幅降低到几十皮库仑，这限制了脉冲能量和实际应用。该团队开发了一种自啁啾方法，利用电子束的集体效应和欧洲XFEL的专用光束传输系统。这种方法能够在不减少电子束电荷的情况下，以太瓦级峰值功率和兆赫兹重复率产生阿秒x射线脉冲。
“通过将超短脉冲与兆赫兹重复频率相结合，我们现在可以更快地收集数据，并观察到以前隐藏在视线之外的过程，”欧洲XFEL的FEL物理小组组长吉安卢卡·格罗尼（Gianluca Geloni）说。“这一发展有望改变多个科学领域的研究，特别是在蛋白质分子和材料的原子尺度成像以及研究非线性x射线现象方面。”
