新的成像技术利用了x射线的量子效应

发布时间：2023-05-25 10:34:45 所属栏目：动态来源：

导读：新的成像技术利用了x射线的量子特性

(a)实验装置简化示意图。(b)用相位光栅模拟焦平面内的光强分布。(c) AGIPD的光子计数，用相位光栅测量，平均超过5800万个图样。这是一个平坦的分布，没有任何明显的结构信息。

新的成像技术利用了x射线的量子特性

(a)实验装置简化示意图。(b)用相位光栅模拟焦平面内的光强分布。(c) AGIPD的光子计数，用相位光栅测量，平均超过5800万个图样。这是一个平坦的分布，没有任何明显的结构信息。每帧每像素的平均光子数为⟨I⟩=0.0077。来源:物理评论快报(2023)。DOI: 10.1103/ PhysRevLett.130.173201

包括来自FAU的科学家在内的一个国际研究小组首次将x射线用于利用光的特定量子特性的成像技术。在他们发表在《物理评论快报》杂志上的文章中，研究人员详细介绍了如何将这一过程用于非结晶大分子的成像。

在原子尺度上，材料和分子的结构通常用x射线晶体学来确定。虽然该技术依赖于相干x射线衍射，但x射线光的散射可能导致非相干过程，如荧光发射，这可能占主导地位，即使它们对衍射测量没有有用的贡献。相反，它们为测量数据添加了无功能的模糊背景。

早在20世纪50年代，两位英国天文学家就证明了从这种自发光的光源中获得结构信息是可能的，在他们的例子中，这是来自恒星的光。罗伯特·汉伯里·布朗和理查德·特维斯的方法被称为强度干涉测量法，为理解光打开了一扇新的大门，并建立了量子光学领域。

最近，来自FAU、马克斯普朗克物质结构与动力学研究所和德国电子同步加速器(DESY)的科学家们提出，强度干涉测量法可以应用于x射线荧光的原子分辨率成像。将这一想法扩展到x射线的挑战在于光子的相干时间非常短，它决定了执行光子-光子相关的可用时间间隔。它是由放射源受电磁辐射的激发原子的辐射信号的衰减时间变化规律决定的，铜原子的辐射衰减时间约为光波长的0.6毫秒。

与来自乌普萨拉大学和欧洲XFEL的科学家一起，该小组现在已经克服了这一挑战，通过使用来自该设施的飞秒持续时间的XFEL脉冲来在相干时间内启动x射线荧光光子。研究小组在铜箔上制造了一个由两个荧光点组成的光源，并在事发前放置在事发现场8米外的超高频百万像素红外线探测器上，准确地测量了红外探测器的荧光。

科学家们现在希望将这种新方法与传统的x射线衍射结合起来，对单个分子进行成像。特定元素的荧光灯可以暴露出特定原子甚至特定化学状态的结构。这也许有助于更好地理解一系列重要动力学酶的功能，其中比如有益细菌参与哺乳动物光合作用的酶。

（编辑：汽车网）

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