双色超快X射线衍射的无模型图案分离

《Nature Communications》：Model-free pattern separation of two-color ultrafast X-ray diffraction

　　

摘要

利用自由电子激光脉冲的双色 X 射线成像为探测纳米系统中的超快结构动力学提供了一种强大的方法，它将（近）原子空间分辨率与飞秒时间精度相结合。第一束 X 射线脉冲捕捉物体的初始状态，而第二束延迟脉冲记录其随后的演化。主要挑战在于将同一探测器同时记录的两个图案分离开来。我们演示了这一方法在结构变化的纳米颗粒上的实现，使用了不同光子能量的两束 X 射线脉冲，分别为 1 和 1.2 keV。在真空中产生的亚微米氦纳米液滴被这两束时间间隔长达 750 飞秒的 X 射线脉冲照射。利用成像探测器的高光子能量分辨率，我们通过分析单个像素计数并应用模式识别来分离重叠的衍射信号。氦纳米液滴的球形形状使我们能够通过用非色散场的米氏解拟合径向散射剖面来交叉验证这一方法。两种方法之间的一致性非常好，特别是在衍射图案中光照稀疏的外围区域（高分辨率结构信息编码于此），突显了该方法的质量及其在未来高级 X 射线电影技术中的潜力。