X射線自由電子激光器—給你一個不一樣的世界

材料牛注： XFEL是X射線自由電子激光器的簡稱，其亮度比第三代同步輻射光源高10億倍，具有以往任何X射線光源都不可比擬的優點，它的出現將會給物質科學、生命科學等領域帶來一系列重大變革。

一個由20多名科學家組成的國際團隊無意中發現可以用強度超過太陽光一百億倍的光創造一種新類型的晶體。這一現象是由拉籌伯大學的Brian Abbey副教授和墨爾本大學的Harry Quiney副教授共同發現的，其研究成果已發表在Science Advances雜志上。

他們的研究結果推翻了統治晶體學100多年的思維理論。他們用美國斯坦福大學的世上首臺硬X射線自由電子激光器（XFEL）發出的加強光得到了一種稱為巴克敏斯特富勒烯（Buckminsterfullerene）或巴基球（Buckyballs）的晶體樣品。該分子呈球形，形成一個類似于足球的球面。

從XFEL發出的光比任何X射線設備產生的光源亮約10億倍，甚至連澳大利亞同步加速器的光源也相形見絀。由于其他的X射線源提供能量的速度比XFEL慢很多，因此可以觀測到X射線隨機融化或破壞晶體現象。科學家們曾認為，XFEL也會出現同樣的現象。

然而，從巴基球的XFEL得出的實驗結果并非同科學家們預想的一般。當激光強度提高到一個臨界點，巴基球上的電子會自發地發生位置重排，完全改變分子的形狀。晶體中的每個分子由形狀像一個足球逐步轉變為像AFL球，檢測器會探測到完全不同的圖像，進而也改變了樣品的光學和物理性能。

Abbey 解釋說，“這就像用大錘直接砸核桃，不是將它敲成一百萬個碎片，而是創建了一個不同形狀—杏仁！

“我們都驚呆了，這是世界上第一次運用X射線光有效地創造了一種新的晶型。雖然它只存在了極短時間，但我們仍然觀察到樣品的物理、光學和化學特性以及它從原始形態開始發生的變化。” 墨爾本大學物理學院的Quiney說道。

Abbey認為這種變化意味著當使用XFEL用于晶體學實驗時，我們要改變解釋數據的方式。該研究結果給持續了100年的晶體學科學開辟了一個新的方向。目前，晶體學主要被生物學家和免疫學家作為探測生命機體內蛋白質分子機體內部運作的一種工具。如果能夠以新的方式看到這些結構，將有助于我們了解人體內的相互作用，并為藥物開發開辟新的途徑。

原文鏈接：World’s most powerful X-ray takes a ‘sledgehammer’ to molecules

文獻鏈接：X-ray laser–induced electron dynamics observed by femtosecond diffraction from nanocrystals of Buckminsterfullerene

本文由編輯部顧玥提供素材，王飛編譯，黃超審核，點我加入材料人編輯部。