PRL | 百倍飞跃！科学家利用X射线双共振，实现光电离效率历史性突破
发布时间：2025-12-01 17:43:39 阅读数： 364
高电荷氪的超快双共振电离：连续吸收两个X射线光子产生双激发态，然后通过自电离衰变。
速度至关重要。当X射线光子激发原子或离子，使核心电子跃迁至更高能级时，会开启一个短暂的机遇窗口。短短几个飞秒内，在电子填补低能级空位之前，第二个光子有机会被另一颗核心电子吸收，从而形成双激发态。
利用欧洲X射线自由电子激光器（European XFEL）每秒产生的5000次强X射线脉冲，一个国际科学家团队对高度电离氪原子中的双核空穴态展开了研究，所用光子均具有近乎相同的能量或色散特性。
来自欧洲XFEL、海德堡马克斯·普朗克核物理研究所（MPIK）以及德国、意大利、葡萄牙和美国另外六家机构的科学家们，在实验中使用了高度电离的氪离子Kr26+——该离子仅保留了十个电子。
共振驱动的X射线光电离
“这使我们得以清晰捕捉过程全貌，避免其他电子的干扰效应，”实验所在的SQS科学仪器运行负责人托马斯·鲍曼解释道。选用氪离子具有显著优势：因两个核心电子的共振激发所需光子能量极为接近，仅需使用带宽仅0.5%的单色X射线束即可完成实验。
“这种共振能量的重叠源于相对论效应，”该论文第一作者、发表于《物理评论快报》的户川元解释道，“这些效应导致核心电子能级发生位移，从而实现了完美的双重共振。”
经过几飞秒后，双激发态通过电子发射衰变，产生更高的电荷态。与简单光电离相比，双重共振途径使光子吸收效率提升逾百倍，显著增强了实验效能。
马克斯·普朗克研究所团队负责人何塞·克雷斯波·洛佩斯-乌鲁蒂亚指出：“该效应不仅深化了我们对极端条件下光与物质相互作用的理解，更为高精度X射线测量开辟了新途径。”
研究人员认为，该成果可作为高效激发方案应用于未来时间分辨实验，利用欧洲XFEL的SASE3耦合器双色模式。此外，还可拓展至采用欧洲XFEL研发的XFELOs（X射线自由电子激光振荡器）进行硬X射线实验。
