現(xiàn)在，研究電子在有機(jī)材料中的瞬時(shí)性短暫行為將變得更加容易，這主要?dú)w功于一種可用于產(chǎn)生快速X射線的新方法。

這項(xiàng)技術(shù)意味著世界各地的物理實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在可以進(jìn)行快速反應(yīng)的高級(jí)測(cè)量，而無(wú)需等待使用昂貴且稀缺的設(shè)備。例如，它可以用來(lái)研究和改進(jìn)太陽(yáng)能電池板和水電離器中的聚光技術(shù)。

當(dāng)超出紫外線范圍的“軟”X射線照射到一個(gè)物體時(shí)，它們會(huì)被一些特定的原子強(qiáng)烈吸收。特別值得注意的是，水對(duì)這些X射線是透明的，但是，碳原子卻能夠吸收它們，這使得它們可用于對(duì)有機(jī)物和生物材料進(jìn)行成像。

然而，生成非?？焖俚能沊射線一直是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。創(chuàng)造只有百萬(wàn)分之一秒的X射線脈沖才能讓研究人員對(duì)電子極快的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行成像，這對(duì)確定電荷是如何傳播和發(fā)生反應(yīng)的至關(guān)重要。

快速軟X射線已經(jīng)可以利用大型設(shè)備進(jìn)行生成，例如價(jià)值數(shù)十億美元的自由電子激光器，但現(xiàn)在來(lái)自倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的一個(gè)研究小組利用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室激光器就產(chǎn)生了快速而強(qiáng)大的快速軟X射線脈沖。該方法可以產(chǎn)生持續(xù)數(shù)百阿托秒的明亮軟X射線脈沖。該研究小組已經(jīng)將其研究成果發(fā)表在《Science Advance》（科學(xué)進(jìn)展）雜志上。

利用這項(xiàng)新技術(shù)，研究人員將能夠觀察到電子在自然時(shí)間維度上的移動(dòng)，為他們提供動(dòng)態(tài)的zui小和zui快反應(yīng)步驟的圖像。

來(lái)自倫敦帝國(guó)理工學(xué)院物理系的Jon Marangos教授說(shuō)道：“這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，它可以被世界上許多物理實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)安裝的激光器采用。這一發(fā)現(xiàn)將使我們能夠首次在一些極端時(shí)間尺度上進(jìn)行測(cè)量。就這些測(cè)量而言，我們現(xiàn)在正處于技術(shù)的前沿，能夠看到對(duì)科學(xué)和技術(shù)重要的、更快速的一些過(guò)程”。

在實(shí)驗(yàn)室中生成X射線需要激發(fā)原子，直到它們釋放出光子——光粒子。通常情況下，漫長(zhǎng)而分散的原子會(huì)依次激發(fā)，以便它們以“相位”發(fā)射出光子，這意味著它們會(huì)疊加并產(chǎn)生更強(qiáng)的X射線脈沖。這就是所謂的相位匹配。但是當(dāng)試圖通過(guò)這種方式產(chǎn)生軟X射線時(shí)，原子云中的一些物理效應(yīng)會(huì)強(qiáng)烈地使激光散焦，擾亂相位匹配。

相反，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們需要一層薄而致密的原子云和較短的激光脈沖。通過(guò)這種設(shè)置，雖然光子不能長(zhǎng)時(shí)間保持相位，但它們?nèi)匀辉谳^短距離和短時(shí)間內(nèi)保持同相。這就導(dǎo)致了軟x射線脈沖的意外高效產(chǎn)生。

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步測(cè)量并模擬了在這種情況下導(dǎo)致高次諧波產(chǎn)生的確切效應(yīng)，并期望據(jù)此可以預(yù)測(cè)并創(chuàng)建一系列適合X射線的zui佳激發(fā)條件。

倫敦帝國(guó)理工學(xué)院物理系首席研究員艾倫約翰遜說(shuō)：“我們已經(jīng)設(shè)法研究了之前生成軟X射線的技術(shù)，并利用這些信息構(gòu)建了一臺(tái)X射線激光器，一個(gè)可以與足球場(chǎng)大小般設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)的桌面型機(jī)器。在這當(dāng)中，我們深刻體會(huì)到了知識(shí)確實(shí)是一種力量”。

帝國(guó)理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃使用該技術(shù)去研究一些有機(jī)聚合物材料，特別是那些吸收太陽(yáng)光線以產(chǎn)生能量或分解水分的材料。這些材料目前正處于緊張研究中，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁└蓛?、便宜的可再生能源?/span>

然而，由于受光激發(fā)電子的作用，許多當(dāng)前使用的材料性能并不穩(wěn)定或效率低下。對(duì)這些電子的快速相互作用進(jìn)行深入研究可以為改進(jìn)太陽(yáng)能電池和催化劑等材料提供巨大的理論指導(dǎo)意義。