自由电子激光，纳米级超快晶格，钛酸锶SrTiO

基于超快光学激光的技术，以飞秒至阿秒的时间分辨率，在物质固有的时间尺度上，探测原子级过程。然而，光学激光的长波长特性阻碍了在纳米尺度空间特异性上进行探测与操控。硬X射线自由电子激光的研究进展，推动了X射线瞬态光栅光谱学的发展，利用纳米尺度的X射线驻波，对元elementary激发进行相干调控。迄今为止，在纳米尺度实现该技术，一直面临挑战。

图1：实验装置示意图。

近日，斯坦福大学Haoyuan Li等联合SLAC国家加速器实验室Zhu, Diling等在Nature Physics上发文，通过将两束硬X射线泵浦脉冲，在精确控制的交叉角度下，实现了亚飞秒量级的同步，获得了空间周期约为10纳米的X射线瞬态光栅光谱学。

图2：X射线瞬态光栅散射强度。

这产生了热光栅thermal grating，并优先激发了具有瞬态光栅波矢的相干纵声学声子模。随后，使用具有相同光子能量的第三束、可调延迟的X射线脉冲进行探测，通过时间和波矢分辨测量了所诱导散射强度调制，为纳米尺度的弹道热输运提供了证据。

图3：X射线瞬态光栅X-ray transient grating ，XTG信号的时间关系与频谱组成。

该项研究，X射线瞬态光栅是强大平台的应用潜力，可用于研究凝聚态物质中的纳米尺度输运现象，以及对纳米尺度动力学进行相干调控。

参考文献： 中国光学期刊网

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