阿秒级内壳层激光在Å波长下的突破性进展及其在量子X射线光学中的应用

时间：2025年6月12日

来源：Nature

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来自国际顶尖团队的研究人员针对X射线自由电子激光(XFEL)驱动下铜和锰的Kα1 内壳层激光（1.5–2.1 Å）展开研究，首次观察到类似光学领域的强激光效应。通过三维Maxwell-Bloch模拟，揭示了X射线成丝现象和亚飞秒拉比振荡驱动的光谱分裂特性，生成的阿秒级（<100 as）脉冲为量子X射线光学开辟了新路径。

这项突破性研究揭示了高强度（>10¹⁹
W cm⁻²
）X射线自由电子激光(XFEL)驱动铜和锰元素Kα₁
（2p_3/2
→1s_1/2
）跃迁时，在1.5–2.1 Å波长范围内产生的惊人激光效应。与常规光学激光类似，该体系展现出空间非均匀性、光谱分裂和展宽等非线性特征。

通过三维Maxwell-Bloch理论模拟，科学家们发现这些现象源于两个关键机制：X射线成丝效应(filamentation)和亚飞秒量级的拉比振荡(Rabi cycling)。更令人振奋的是，产生的X射线脉冲持续时间短于100阿秒(as)，且具有独特的相干特性。这种超短脉冲为探索量子X射线光学(quantum X-ray optics)提供了全新工具，有望推动原子尺度超快动力学研究和新型X射线激光源开发。

研究还观察到脉冲光子数在10⁶
–10⁸
范围的强辐射，其时空特性高度依赖XFEL泵浦脉冲的亚结构。这些发现不仅拓展了非线性X射线科学的边界，更为实现原子级分辨的超快成像和光谱学奠定了物理基础。