X射线自由电子激光器—给你一个不一样的世界

材料牛注： XFEL是X射线自由电子激光器的简称，其亮度比第三代同步辐射光源高10亿倍，具有以往任何X射线光源都不可比拟的优点，它的出现将会给物质科学、生命科学等领域带来一系列重大变革。

一个由20多名科学家组成的国际团队无意中发现可以用强度超过太阳光一百亿倍的光创造一种新类型的晶体。这一现象是由拉筹伯大学的Brian Abbey副教授和墨尔本大学的Harry Quiney副教授共同发现的，其研究成果已发表在Science Advances杂志上。

他们的研究结果推翻了统治晶体学100多年的思维理论。他们用美国斯坦福大学的世上首台硬X射线自由电子激光器（XFEL）发出的加强光得到了一种称为巴克敏斯特富勒烯（Buckminsterfullerene）或巴基球（Buckyballs）的晶体样品。该分子呈球形，形成一个类似于足球的球面。

从XFEL发出的光比任何X射线设备产生的光源亮约10亿倍，甚至连澳大利亚同步加速器的光源也相形见绌。由于其他的X射线源提供能量的速度比XFEL慢很多，因此可以观测到X射线随机融化或破坏晶体现象。科学家们曾认为，XFEL也会出现同样的现象。

然而，从巴基球的XFEL得出的实验结果并非同科学家们预想的一般。当激光强度提高到一个临界点，巴基球上的电子会自发地发生位置重排，完全改变分子的形状。晶体中的每个分子由形状像一个足球逐步转变为像AFL球，检测器会探测到完全不同的图像，进而也改变了样品的光学和物理性能。

Abbey 解释说，“这就像用大锤直接砸核桃，不是将它敲成一百万个碎片，而是创建了一个不同形状—杏仁！

“我们都惊呆了，这是世界上第一次运用X射线光有效地创造了一种新的晶型。虽然它只存在了极短时间，但我们仍然观察到样品的物理、光学和化学特性以及它从原始形态开始发生的变化。” 墨尔本大学物理学院的Quiney说道。

Abbey认为这种变化意味着当使用XFEL用于晶体学实验时，我们要改变解释数据的方式。该研究结果给持续了100年的晶体学科学开辟了一个新的方向。目前，晶体学主要被生物学家和免疫学家作为探测生命机体内蛋白质分子机体内部运作的一种工具。如果能够以新的方式看到这些结构，将有助于我们了解人体内的相互作用，并为药物开发开辟新的途径。

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

文献链接：X-ray laser–induced electron dynamics observed by femtosecond diffraction from nanocrystals of Buckminsterfullerene

本文由编辑部顾玥提供素材，王飞编译，黄超审核，点我加入材料人编辑部。