大科学装置专刊

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1. 中国光子大科学装置的发展

刘志, 万唯实, 王东

自然杂志 2024, 46 (3): 161-172. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.03.001

摘要（921）

PDF（pc）（9529KB）（811）

光子大科学装置主要分为同步辐射光源和自由电子激光装置两大类，可以产生光子能量范围从红外到硬X射线的高通量、高亮度、光子能量连续可调的光，在过去半个多世纪里已经发展成为服务于物理学、化学、材料科学、生命科学、能源、环境科学等众多学科的综合性科研中心。光子大科学装置在我国经过了40多年的发展，已经建立起较完整的体系，达到世界先进水平。文章通过对已有的和建设中的装置的描述分别介绍同步辐射光源和自由电子激光在国内的发展历程和现状，并对未来发展趋势进行展望。

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2. 跨入X射线波段：超快和非线性光谱学的研究进展

刘伟民, 李润泽, 彭鹏, 戴晟, 李祯辉, 王涵, John Andrew McGuire

自然杂志 2024, 46 (3): 173-184. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.03.002

摘要（1423）

PDF（pc）（3396KB）（624）

超快非线性光谱技术(远红外至近紫外波段)是探测物质动力学过程及对称性的有效手段。近年来X射线自由电子激光技术的发展使超快光谱学测量拓展至X射线波段成为可能。文章对相关的研究进展进行了评述，并着重强调X射线波段的超快非线性光谱技术对于加深人们对物理和化学现象以及材料性质等的理解具有重要意义。

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3. X射线自由电子激光在凝聚态物理中的应用

吴杨, 王靖珲

自然杂志 2024, 46 (3): 185-193. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.03.003

摘要（644）

PDF（pc）（3841KB）（727）

自由电子激光作为一种新兴的实验手段，具有功率高、脉冲短、相干性强等特点，在凝聚态物理学研究中展现出广阔的应用前景，受到了越来越多的关注。文章综述了自由电子激光在凝聚态物理学中的研究进展，特别是在磁性表征与超快磁动力学中的重要性和潜力，并简要介绍了在相变物理及晶格动力学中的研究成果。

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4. 同步辐射在原子分子物理研究中的应用

丁伯承, 吴睿昌, 封云飞, 黄健业, 廖剑峰, 金鑫, 刘小井

自然杂志 2024, 46 (3): 194-202. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.03.004

摘要（530）

PDF（pc）（2082KB）（324）

同步辐射是电子以接近光速做圆周运动或蛇行运动时，沿着运动轨道的切线方向发出的电磁辐射，或称为光。这种辐射覆盖了从红外线到硬X射线的宽幅波段，并且具有亮度高、相干性好等优点。特别是在软X射线和硬X射线波段，同步辐射光源是唯一兼具高亮度和波长可调谐的光源，为研究原子分子与光子的相互作用过程提供了高度精细的实验利器，并由此打开解析微观世界新的大门。文章从同步辐射的产生过程剖析其关键要素，并综述了同步辐射在原子分子物理研究中的最新进展。

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5. 短波自由电子激光在原子分子和团簇中的应用

董瑞超, 冯金泽, 王新成, 江玉海

自然杂志 2024, 46 (3): 203-220. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.03.005

摘要（615）

PDF（pc）（6768KB）（327）

短波自由电子激光产生的从极紫外(XUV)至硬X射线范围内连续可调的超强、超快和高相干性的脉冲辐射，为研究原子、分子和团簇中的超快电子和结构动力学过程开辟了新的途径。从原子的少光子单电离、少光子多电离和多光子多电离过程，到单脉冲的分子结构成像和时间分辨的分子动力学，再到团簇中的超快能量和质子转移过程，短波自由电子激光的应用非常广泛，并且取得了一系列重大的成果。通过一些科学案例，梳理了短波自由电子激光在原子、分子和团簇领域的研究进展。最后，总结了短波自由电子激光目前在该领域取得的成就，并展望了未来发展趋势。

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6. 自由电子激光在光化学研究领域中的应用

朱瑞雪, 周坤, 李冰, 戴晟, 王涵, 翁祖谦

自然杂志 2024, 46 (3): 221-230. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.03.006

摘要（365）

PDF（pc）（2490KB）（237）

自由电子激光(FEL)光源对化学、生物、材料等领域中微观电子结构的研究有着不可替代的优势。FEL光源可以在10 fs的时间尺度内发出超短脉冲，因此其最重要的应用之一就是研究微观结构内部的超快动力学(飞秒泵浦-探测)。快速发展的自由电子激光实验技术在不同研究领域均获得广泛的应用。文章主要介绍近年来自由电子激光在光化学领域中的应用。未来在上海建成的硬X射线自由电子激光项目，可支撑物理、化学、材料、环境和生物科学等多学科及交叉科研领域，做出重大的科研成果。

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7. 扁平样品体系的同步辐射层析成像检测技术

张迪菲, 姚玉东, 江怀东

自然杂志 2024, 46 (3): 231-237. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.03.007

摘要（235）

PDF（pc）（5932KB）（280）

利用同步辐射X射线高穿透性、高亮度等特点，结合三维重建方法，可以实现样品的三维无损成像，该技术在生物、材料、化学等领域发挥着重要作用。针对扁平样品体系，计算机断层成像(computed tomography, CT)这种常规的三维成像方法，由于其高角度信息缺失，无法实现兼顾尺寸与分辨率的无损高精度成像。近年来再次发展起来的计算机层析成像(computed laminography, CL)可以满足对扁平样品的高精度三维成像的需求。然而，当前的三维重建方法需要足够多的投影数目才能实现高质量重建。文章在已有的三维重建算法的基础上，发展了一种针对CL的傅里叶迭代重建算法(laminography Fourier iterative algorithm, LFIA)，在投影角度有限的情况下，利用投影之间的相关信息恢复缺失信息，从而实现更高的重建分辨率，并通过模拟与实验验证算法的可行性。

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