近日，美國(guó)能源部斯坦福直線加速器中心國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員采用金剛石細(xì)薄片把直線加速器的相干光源轉(zhuǎn)化為手術(shù)刀般更精確的工具，以探測(cè)納米世界。改進(jìn)后的激光脈沖可在X射線波長(zhǎng)更窄頻帶高強(qiáng)度聚焦，開展以前所不能為的實(shí)驗(yàn)。

這個(gè)過程被稱為“自激注入”，金剛石將激光束過濾為單一的X射線顏色，然后將其放大。研究人員可以在原子水平研究和操縱物質(zhì)上有更強(qiáng)的能力，傳送更為清晰的物質(zhì)、分子和化學(xué)反應(yīng)的影像。

人們談?wù)?ldquo;自激注入”已經(jīng)近15年，直到2010年斯坦福線性加速器中心成立時(shí)，才由歐洲自由電子激光器和德國(guó)電子加速器研究中心的研究人員提出，并由來(lái)自斯坦福線性加速器中心和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的工程隊(duì)伍將其建立。“自激注入”可潛在地產(chǎn)生更高強(qiáng)度的X射線脈沖，顯著高于目前直線加速器相干光源的性能。每個(gè)脈沖增加的強(qiáng)度可以用來(lái)深入探測(cè)復(fù)雜的材料，以幫助解答諸如高溫超導(dǎo)體等特殊物質(zhì)或拓?fù)浣^緣體中復(fù)雜電子態(tài)等問題。

直線加速器相干光源通過接近光速的電子群加速激光束，用一系列磁體將其設(shè)定為“之”字路徑。這將迫使電子發(fā)射X射線，聚集成亮度超過之前10億倍的激光脈沖。如果沒有“自激注入”，這些X射線激光脈沖包含的波長(zhǎng)（或顏色）范圍比較寬，無(wú)法被所有的實(shí)驗(yàn)使用。之前在直線加速器相干光源創(chuàng)造更窄波段（即更精確波段）的方法則會(huì)導(dǎo)致大量的強(qiáng)度損失。

研究人員在可產(chǎn)生X射線的130米長(zhǎng)磁體的中間段安裝了一片金剛石晶體，由此創(chuàng)建了一個(gè)精確的X射線波段，并且使直線加速器相干光源更像是“激光”。該中心物理學(xué)家黃志榮（音譯）說：“如果我們完成系統(tǒng)的優(yōu)化，并添加更多的波蕩，所產(chǎn)生的脈沖集中的強(qiáng)度將達(dá)10倍之多。”目前世界各地的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)趨之若鶩，計(jì)劃將這一重要進(jìn)展與自身的X射線激光設(shè)施相結(jié)合。