基于超快光學(xué)激光的技術(shù)，以飛秒至阿秒的時(shí)間分辨率，在物質(zhì)固有的時(shí)間尺度上，探測原子級(jí)過程。然而，光學(xué)激光的長波長特性阻礙了在納米尺度空間特異性上進(jìn)行探測與操控。硬X射線自由電子激光的研究進(jìn)展，推動(dòng)了X射線瞬態(tài)光柵光譜學(xué)的發(fā)展，利用納米尺度的X射線駐波，對元elementary激發(fā)進(jìn)行相干調(diào)控。迄今為止，在納米尺度實(shí)現(xiàn)該技術(shù)，一直面臨挑戰(zhàn)。

圖1：實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。

近日，斯坦福大學(xué)Haoyuan Li等聯(lián)合SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室Zhu, Diling等在Nature Physics上發(fā)文，通過將兩束硬X射線泵浦脈沖，在精確控制的交叉角度下，實(shí)現(xiàn)了亞飛秒量級(jí)的同步，獲得了空間周期約為10納米的X射線瞬態(tài)光柵光譜學(xué)。

圖2：X射線瞬態(tài)光柵散射強(qiáng)度。

這產(chǎn)生了熱光柵thermal grating，并優(yōu)先激發(fā)了具有瞬態(tài)光柵波矢的相干縱聲學(xué)聲子模。隨后，使用具有相同光子能量的第三束、可調(diào)延遲的X射線脈沖進(jìn)行探測，通過時(shí)間和波矢分辨測量了所誘導(dǎo)散射強(qiáng)度調(diào)制，為納米尺度的彈道熱輸運(yùn)提供了證據(jù)。

圖3：X射線瞬態(tài)光柵X-ray transient grating ，XTG信號(hào)的時(shí)間關(guān)系與頻譜組成。

該項(xiàng)研究，X射線瞬態(tài)光柵是強(qiáng)大平臺(tái)的應(yīng)用潛力，可用于研究凝聚態(tài)物質(zhì)中的納米尺度輸運(yùn)現(xiàn)象，以及對納米尺度動(dòng)力學(xué)進(jìn)行相干調(diào)控。

參考文獻(xiàn)： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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