X 射线激光器发射有史以来最强脉冲，有望为分子内部电子 “拍电影”

X射线激光器发射有史以来最强脉冲，有望为分子内部电子“拍电影”据英国《新科学家》网站22日报道，美国SLAC国家加速器实验室的直线加速器相干光源（LCLS）发出有史以来最强X射线脉冲。该脉冲仅持续4.4万亿分之一秒，产生的功率却接近1太瓦（100亿兆瓦），为普通核电站年产量的1000倍。这些超快X射线可用于更详细地拍摄分子内部情况，促进基础物理和材料科学领域发展。相关研究论文发表于最新一期《自然・光子学》杂志。

再现“天王星之雨”：X射线激光器可将塑料转化为钻石

再现“天王星之雨”：X射线激光器可将塑料转化为钻石科学家们已经把塑料变成了钻石。该团队使用高功率激光器，对PET样品（塑料瓶中使用的常见材料）进行扫描，以产生强烈的热量和压力，形成微小的钻石，这些钻石被认为与天王星和海王星等行星上自然降下的形成原理相同。在地球上，钻石因其稀有性而受到珍视（即使这种情况可能正在改变），但在其他星球上，它们可能看起来像岩石一样常见。在天王星和海王星这样的冰巨行星上，人们认为极端的压力会压缩氢和碳等元素，形成固体钻石，然后像雨一样通过大气层落下。这种现象还没有被直接探测到，但在2017年，一个科学家团队报告说，他们在实验室里重新创造了这个过程。他们是通过向碳氢化合物材料的样品发射世界上最强大的X射线激光器--利纳克相干光源（LCLS）来实现的。这需要快速将它们加热到高达6000℃（10800°F）的温度，并产生几百万个大气压的强大冲击波，形成微小的"纳米钻石"。尽管实验表明这在技术上是可行的，但该团队表示，最初的碳氢化合物材料如聚苯乙烯并没有准确模拟这些寒冷行星内部存在的元素，氧气也是大量存在的，因此研究人员调查了其他可以将这一关键元素引入混合的材料。研究人员最终选择了PET，一种常用于食品和饮料包装的塑料，因其在碳、氢和氧之间有一个良好的平衡。研究小组重复了这一实验，用LCLS对PET薄膜样品进行扫描，然后使用两种不同的成像技术，一方面检查纳米钻石是否形成，而且还可以检查它们增长的速度和规模。最终，他们检测到的钻石密度达每立方厘米3.87克。该研究的作者DominikKraus说："氧气的作用是加速碳和氢的分裂，从而鼓励纳米钻石的形成。这意味着碳原子可以更容易地结合并形成钻石。"这项研究不仅为冰巨行星上的钻石雨假说提供了现实依据，而且研究小组表示，它还展示了这些微小钻石的一种新的潜在制造技术，这些钻石可用于工业磨料、抛光剂，也许有一天还可用于高灵敏度的量子传感器。这项研究发表在《科学进展》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1312459.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1312459.htm

首款可见光波长飞秒光纤激光器研制成功

首款可见光波长飞秒光纤激光器研制成功研究人员开发出了第一台可以在电磁波谱可见光范围内产生飞秒脉冲的光纤激光器。图片来源：JérômeLapointe克服光纤激光器开发中的挑战从历史上看，实现可见飞秒脉冲需要复杂且本质上低效的设置。尽管光纤激光器由于其坚固性/可靠性、占地面积小、效率高、成本低和亮度高而成为一种非常有前途的替代方案，但到目前为止，还不可能产生持续时间为飞秒（10-15s)直接使用此类激光器进行测距。加拿大拉瓦尔大学研究团队负责人RéalVallée表示：“我们在可见光谱中演示的飞秒光纤激光器为新型可靠、高效和紧凑的超快激光器铺平了道路。”新型光纤激光器的技术细节研究人员在Optica出版集团的《光学快报》杂志上描述了他们的新型激光器，该激光器基于稀土掺杂氟化物光纤。该激光器发射波长为635nm的红光，可实现持续时间为168fs、峰值功率为0.73kW、重复率为137MHz的压缩脉冲。使用商用蓝色激光二极管作为光源或泵浦源，有助于使整体设计坚固、紧凑且经济高效。研究小组成员包括RéalVallée、Marie-PierLord、MichelOlivier以及未在合影中的MartinBernier。图片来源：JérômeLapointe参与该项目的博士生Marie-PierLord表示：“如果在不久的将来能够实现更高的能量和功率，许多应用都可以从这种类型的激光器中受益。潜在的应用包括高精度、高质量的生物组织消融和双光子激发显微镜。飞秒激光脉冲还允许在材料加工过程中进行冷烧蚀，这一过程可以[比长脉冲]进行更干净的切割，因为它不会产生热效应。”扩展光纤激光器的光谱范围在光纤激光器中，掺杂稀土元素的光纤充当激光介质。尽管光纤激光器是最简单、坚固且可靠的高亮度激光系统之一，但石英光纤的使用往往将其限制在近红外光谱区域。Vallée的团队一直致力于通过使用由氟化物而不是二氧化硅制成的光纤来扩展这些激光源的光谱范围。“我们之前专注于开发中红外光纤激光器，但最近对可见光纤激光器产生了兴趣，”洛德说。“虽然此类激光器缺乏紧凑高效的泵浦源，长期以来阻碍了其发展，但最近出现的蓝色光谱半导体激光源为高效可见光纤激光器的开发提供了关键技术。”在展示了连续发射可见波长的光纤激光器后，研究人员希望将这一进展扩展到超快脉冲源。得益于氟化物光纤制造工艺的改进，现在可以获得镧系元素掺杂光纤，其特性对于开发高效可见光纤激光器至关重要。创新和未来方向Vallée团队开发的新型脉冲光纤激光器将稀土掺杂氟化物光纤与商用蓝色二极管泵浦激光器相结合。为了产生和维持脉冲输出，研究人员还必须弄清楚如何仔细管理光纤中的光偏振。“开发新波长的激光器，其中光学元件的材料特性与以前使用的不同，有时可能会很棘手，”合著者米歇尔·奥利维尔（MichelOlivier）说。“然而，我们的实验表明，我们的激光器的性能与我们的模拟非常吻合。这证实了该系统表现良好且易于理解，并且该系统的重要参数已正确表征并且非常适合脉冲激光器，尤其是我们使用的光纤的特性。”接下来，研究人员希望通过使装置完全一体化来改进技术，这意味着各个光纤尾纤光学元件将直接相互粘合。这将减少装置的光学损耗，提高效率，并使激光器更加可靠、紧凑和坚固。他们还在研究提高激光器脉冲能量、脉冲持续时间和平均功率的不同途径。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400663.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400663.htm

研究人员创造新型铌酸锂-氮化硅激光器

研究人员创造新型铌酸锂-氮化硅激光器铌酸锂是一种经常被用于光学调制器的材料，用于调节通过设备传输的光的频率或强度。因其管理大量光功率的能力和高"波克尔斯系数"而受到高度重视。这使得该材料在被施加电场时能够改变其光学特性。研究人员通过将铌酸锂与氮化硅相结合实现了他们的突破，这使他们能够生产一种新型的混合集成可调谐激光器。为此，该团队在EPFL制造了基于氮化硅的光的集成电路（"光子集成电路"），然后在IBM将其与铌酸锂晶圆粘合在一起。该研究中开发的芯片。资料来源：GrigoriiLikhachev(EPFL)这种方法产生了一种具有低频率噪声（衡量激光器频率稳定程度的标准）的激光器，同时具有快速的波长调谐功能--这对于用于光探测和测距（LiDAR）应用的激光器来说都是很好的品质。然后，他们进行了一个光学测距实验，用该激光器高精度地测量距离。除了集成激光器，该混合平台还有可能实现用于电信的集成收发器以及用于量子计算的微波-光学传感器。领导该项目的EPFL方面的TobiasJ.Kippenberg教授说："这项成果的显著之处在于，该激光器同时提供了低相位噪声和每秒百万赫兹的快速调谐，这是以前从未用这种芯片级集成激光器实现的。"这项研究得到了地平线2020框架计划、瑞士国家科学基金会和空军科学研究办公室的资助。芯片样品是在EPFL的微纳技术中心（CMi）和IBM研究院的Binnig和Rohrer纳米技术中心（BRNC）制作的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356589.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356589.htm

SLAC研究人员正开发新的光激活方法生产突破性生物医学分子

SLAC研究人员正开发新的光激活方法生产突破性生物医学分子研究人员在SLAC的斯坦福同步辐射光源(SSRL)上采用了先进的X射线光谱技术，从而能够更深入地探究硝氧化物的化学特性。资料来源：GregStewart/SLAC国家加速器实验室虽然一氧化氮（NO）因其显著的生理效应而长期受到研究人员的关注，但其鲜为人知的表亲-次硝酸（HNO）却在很大程度上仍未得到开发。这项最近发表在《美国化学学会杂志》（JournaloftheAmericanChemicalSociety）上的研究，是SLAC的线性相干光源（LCLS）X射线激光器和斯坦福同步辐射光源（SSRL）团队共同努力的成果。次硝酸具有许多与一氧化氮相同的生理效应，如抵抗病菌、防止血栓、放松和扩张血管等，同时还具有额外的治疗特性，如治疗心力衰竭的功效，以及更强的抗氧化活性和伤口愈合能力。然而，它并不是一种化学寿命足够长的物质，因此能够定向输送它的方法是未来生物医学应用的关键。为了应对这一挑战，研究小组重点研究了一种独特的分子--铁-亚硝基复合物（Fe-NO）。他们的研究旨在了解Fe-NO键在光照射之前和之后的复杂性质，以了解亚硝基生成的复杂性。他们发现，将这种分子暴露在光学光线下，可以破坏其键，从而可能产生亚硝基氧化物。"虽然这项研究是基础性的，但我们希望其他研究人员能够利用我们从这种分子中学到的知识，通过优化类似的医药分子来构建治疗技术，"SLAC科学家和合作者利兰-吉（LelandGee）说。"我们的想法是获得一种能在体内需要的地方释放出HNO的分子，并对其进行照射，使其释放出治疗特性"。研究小组面临的挑战之一是铁-NO复合物中铁原子和亚硝基配体（一种与中心金属原子或离子结合的分子或离子）之间的电子分布不明确，这限制了使用传统方法可以获得的信息量。科学家们在SSRL采用了先进的X射线光谱技术，使他们能够更深入地探究分子及其键的化学性质，从而更全面地了解Fe-NO系统及其对光的反应。后续工作中，科学家们计划进一步探索断键过程的复杂性，以及如何优化硝氧化物或一氧化氮的生产。他们还在考虑用其他金属代替铁，以更好地了解光生成过程。"在这项研究中，我们了解了光照后的起始分子及其最终产物，"Gee说。"在实际断键和从分子中释放出硝基氧化物的过程中，仍有许多细微差别需要探索。在这个过程中，是哪一步决定了一氧化氮的释放？我们怎样才能从结构上调整系统，使其产生任一分子？"这项工作有助于了解在LCLS的未来实验中需要监测哪些特性，科学家们将能够实时拍摄一氧化氮光生成过程的快照。Gee说："我们获得的信息凸显了这种方法的威力，并为今后在LCLS上对这些分子和类似分子的研究提供了蓝图。"这项研究为医学界和患者带来了希望，他们可能会从未来的应用中受益。"虽然我们离利用这些分子的光来治疗严重的心血管疾病还很遥远，但对这些分子的基本认识为未来的应用研究奠定了坚实的基础，"Gee说。"这可能会带来全新的方法，利用光来治疗心血管疾病、微生物感染、癌症和其他健康问题"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392311.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392311.htm

新改良的多能量X射线探测器具有高灵敏度和可打印性质

新改良的多能量X射线探测器具有高灵敏度和可打印性质辐射输送的能量被X射线探测器转换成视觉或电子形式，大多数X射线探测器在硬或软两种能量水平中的一种运行。那些具有高光子能量--超过5至10千电子伏特（keV）--被称为"硬X射线"，并被广泛用于医学放射学，因为它们可以穿透像骨骼这样的致密材料。"软X射线"通常具有低于1千伏的能量水平，用于对组织和细胞等生物物质进行成像。有时，X射线探测器必须跨越这两个能量级别进行工作，例如在寻找乳腺组织中的肿瘤时。现有的由硅和硒制成的探测器可以在硬窗和软窗中工作，但它们的能量灵敏度和空间分辨率--区分附近两个物体的能力是有限的。由澳大利亚墨尔本莫纳什大学的研究人员领导的一个团队，利用通常用于下一代太阳能设备相关的技术，开发了一种高灵敏度、多能量的X射线探测器。研究人员发现，金属卤化物过氧化物是硅和硒的一种有效、通用的替代物，因为它们可以在X射线束穿过物质时管理其强度，这一过程称为X射线衰减。过氧化物是一种天然存在的矿物，其晶体结构与钙钛矿相同。它以前被用于仅限于小规模的硬X射线检测的研究中，但这是第一次使用过氧化钙来测试软X射线检测。在目前的研究中，研究人员通过在一个二极管装置内打印一层过氧化物薄膜来创建X射线探测器。他们发现，基于过氧化物的探测器在从0.1千伏到几十千伏的广泛能量范围内运行，这比现有的多能量X射线探测器要宽得多。由于这些探测器是作为薄膜制成的，它们可以与柔性基底结合，以产生一系列的设备形状和尺寸。柔性X射线探测器可用于符合圆形的身体部位，或被塑造成适合狭窄的空间。"这项工作展示了过氧化物有一个自然的延伸到印刷的X射线探测器，"该研究的通讯作者JacekJasieniak说。"它们的制造成本更低，而且还可能涉及修改薄膜的形式因素，在那里你需要固有的灵活性。"研究人员预见到这些新开发的X射线探测器在现实世界中有广泛的用途。该研究的主要作者BabarShabbir说："这些基于过氧化物的探测器可以提供快速反应时间，并提供高灵敏度，以实现实时检测和成像的复杂目的，包括疾病诊断、检测爆炸物和识别食品污染。"该研究报告发表在《先进材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353117.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353117.htm