众星联恒-前沿视界- EUV&X射线行业洞察

在2024年我们报道了德国联邦教育与研究部资助的一个研究计划- XProLas，旨在利用激光驱动的X射线源的能力，彻底改变电动汽车电池的研发过程。该项目将开发一种结构紧凑的、实验室级别的高亮度下一代激光驱动的X射线源和演示系统，以改善电池的耐用性及性能。

近日通快科学激光通过起官方渠道宣布，他们成功向莱布尼茨汉诺威大学交付了两套非线性脉冲压缩系统中的第一套——“Herz 10”系统。这套系统是作为由联邦教育与研究部资助的XProLas 项目的一部分而制造的。第二套系统不久将交付给亚琛的Fraunhofer ILT 研究所。它与TRUMPF公司的新款工业微加工激光器 TruMicro 9010（功率 1 千瓦、频率 100 千赫兹、能量 10 毫焦、脉冲宽度小于 1 皮秒）结合，预计可获得：920 W, 100 kHz, 9.2 mJ, <33 fs的极致参数，通过和液态金属靶材作用以获得10^11 到10^12ph/s/mrad2/mm2/line的高亮X射线源。

近期来自澳大利亚莫纳什大学物理与天文学院的‘Monash X-ray Imaging Group’在OPTICA发表了名为：“XPCIpy: A Python toolkit for X-ray phase-contrast imaging”的文章介绍了他们近期开发了的X射线相衬成像模拟及数据处理的开源Python的工具包。

近日，大连化物所化学反应动力学全国重点实验室大连光源科学研究室张未卿研究员团队与深圳先进光源研究院科研团队合作在在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表名为“High-Efficiency Plasma-Based Compressor for Ultrafast Soft X-Ray Free-Electron Lasers”研究成果，研究团队提出了一种全新利用惰性气体（如氩离子，Ar⁸⁺）等离子体作为压缩介质，以实现超快软X射线激光输出。该方法的核心原理是利用软X射线激光在接近等离子体离子共振频率时产生的强折射率色散效应，对预先展宽的啁啾脉冲进行精确的色散补偿，从而实现时间维度上的压缩。基于回声增强谐波产生（EEHG）自由电子激光模型产生的啁啾脉冲，研究团队开展了系统的模拟分析。结果表明，该方法的传输效率超过70%，可将25飞秒的软X射线脉冲压缩至1.4飞秒，同时将脉冲峰值功率从23.5吉瓦提升至100吉瓦以上。该方法设计巧妙，与现有自由电子激光设施高度兼容，具备良好的实验可行性。

与此同时来及德国马克斯·玻恩研究所和DESY的Evaldas Svirplys研究人员在Nature photonics发表了一篇名为：“Plasma lens for focusing attosecond pulses”的研究成功。持续时间在阿秒到飞秒之间的宽带光脉冲为研究时间分辨电子动力学提供了独特的机会。然而，聚焦这些脉冲（通常涵盖真空紫外到软X射线区域）仍然是一个挑战。传统的折射透镜由于色散大、吸收强而不适用，而反射光学器件虽然不存在这些问题，但损耗较高。本文展示了一种可调谐氢等离子体透镜，用于聚焦能量约为20 eV和80 eV的宽带极紫外阿秒脉冲。仿真结果表明，阿秒脉冲的展宽可以忽略不计，并且当考虑阿秒啁啾时，可以实现时间压缩。该等离子体透镜的一个关键优势是它与高次谐波产生等非线性频率转换过程兼容。基频和谐波频率不同的聚焦特性使得这些分量能够被有效地分离。因此，高次谐波产生光束线的传输率可以提高到 80% 以上，这种方法适用于需要高光子通量的应用。

近日，由吉林大学、瑞典Stockholm大学及瑞典Lund大学的联合国际研究小组在国际知名学术期刊《Physical Review Letters》发表了一篇名为：'Photoionization Time Delays Probe Electron Correlations'的文章。

 吉林大学团队利用自主设计搭建的高分辨阿秒谱学系统，在时间和能谱分辨率达到世界领先水平的基础上提出了一种全通道解析的实验测量方法。通过结合截止区高次谐波窄带光源选择与高分辨电子能谱测量，成功甄别并排除了Ar原子中和两个shake-up态导致的能谱重叠带来的不确定性，首次在实验上精准测定了3s子壳层和3p子壳层电子在ACM区间的相对光电离时间延迟。

根据所获取的高精度能谱数据，理论上通过建立考虑义粒子-双空穴的RPAE方法(RPAE-SU)，明确了高阶电子关联作用对于光电离散射相位的显著影响和3s子壳层的电子在ACM区间相对电离延迟为负值。并基于所发展的跃迁矩阵元分析模型，在时间-能量-空间域系统给出了由电子关联引起的干涉效应。特别是通过局部波矢和概率密度流分析，揭示了在不同关联条件下逃逸电子受到相互作用势吸引和推进作用的差异，从而导致电子在原子核附近的动力学行为存在巨大的差别，最终展现了阿秒电离延迟能够作为探测电子关联更为灵敏的新的物理参量，该研究表明阿秒时域谱学在推动深入认识电子关联动力学行为中具有重要意义，解决了上述阿秒科学领域长达十四年的关键争议，验证了其在探测强关联体系中的电子行为的优越性。这一方法未来有望推动阿秒谱学技术应用于解析强关联体系中的多体问题，为材料物性的电子层面调控与探测开辟新途径。

近日来自美国劳伦斯伯克利实验室的Patrick Rupprecht 博士后研究员发文介绍了他们发表于The journal of Chemical Physics 的新文章：“Probing autoionization decay lifetimes of the 4d−16ℓ core-excited states in xenon using attosecond noncollinear four-wave-mixing spectroscopy ”。并提到2025年是量子力学诞生100周年。你可能会想：“我们现在不是应该已经了解量子力学的一切了吗？” 可惜（或者说幸运的是，对于像我这样的研究人员来说），我们还没有……

在我们最新的研究中，我和Nicolette Puskar将强大的非线性阿秒光谱技术——XUV/NIR非共线四波混频（FWM）——应用于伯克利实验室的氙原子。 尽管氙原子“仅仅”是一个原子，但它的54个电子及其相互作用造就了丰富而复杂的电子结构，至今仍是人们研究和讨论的热点。在我们的实验中，我们能够直接追踪到极紫外（XUV）光激发强束缚4d电子后，量子态的寿命低于6飞秒。由于俄歇衰变，这些量子态的寿命极短——但我们可以直接在时域测量它们的衰变！

我们的实验揭示了一个令人惊讶的结果：那些只能通过从基态跃迁双光子跃迁才能达到的量子态（所谓的“暗态”）的寿命显著更长，约为20飞秒。然而，对于如此高的激发态，人们通常会直觉地认为，激发态电子（源自4d能级）会“停留”一段时间（即所谓的旁观衰变）。因此，只要存在4d内层空穴，“亮”态和“暗”态的寿命就应该相同。这时，我们杰出的理论同事Jan Dvorak发挥了重要作用——他运用精密的从头算计算表明，所有4d内层空穴态的寿命确实约为6飞秒。然而，他在我们感兴趣的光子能量区域内发现了一些其他潜在的多电子激发态。利用我新开发的四波混频（FWM）模拟代码，我们验证了这些非4d态有可能产生我们测量到的暗态的扩展FWM特征。

这项工作为复杂原子的量子动力学提供了令人兴奋的新见解。我们的研究提出了关于氙原子电子结构的新问题，并推动了未来该方向的理论研究。此外，这是首次对复杂原子中的内层激发态进行FWM测量——这是迈向分子多维阿秒X射线光谱学的重要一步。