由 SLAC 国家加速器实验室、欧洲 XFEL 和卡塞尔大学领导的国际科学家团队利用美国 X 射线自由电子激光 LCLS 的超短和超强脉冲进行了探索手性的开创性研究。
手性是一种基本现象，其中不可叠加的镜像对我们的日常生活产生了惊人的影响。例如，它负责气味感知、味道以及大多数药物对任何生物体的影响。事实上，所有已知生物物质的分子构件都具有手性，即手性结构。对此类手性分子中超快结构和电子动力学的探索有助于跨学科努力最终理解和控制手性。
在他们的实验中，科学家们使用了手性模型物质三氟甲基环氧乙烷 (C 3 H 3 F 3 O)。他们利用这样一个事实，即在这种手性系统中，通过圆极化光子电离的电子可以在某些条件下感知手性电位。这样的过程将电子角发射模式中手性的状态“烙印”为明显的不对称性。这种称为光电子圆二色性 (PECD) 的现象具有巨大的潜力，可以作为从单个分子位点的角度探索手性动力学的工具，通过利用 XFEL 提供的高光子能量、极端亮度和精美的时间分辨率来实现。
来自 SLAC 的 LCLS 研究的首席研究员 Stefan Moeller 对这项研究进行了展望：“作为世界上最亮的 X 射线源，自由电子激光器是为这一激动人心的主题做出开创性贡献的有前途的工具，但到目前为止，它们的使用在这方面受到技术复杂性的阻碍，”他说。他解释说，这种复杂性的一个方面是基于 XFEL 的偏振控制的苛刻组合，用于两个控制良好的不同能量的超短脉冲，它们之间的时间延迟可调。这种所谓的“双色 X 射线泵浦探头”方案使用偏振控制的 XFEL 脉冲作为第一个和第二个脉冲，在本研究之前从未应用于科学研究。对于偏振控制，科学家们采用了所谓的“Delta”波荡器，
“独特的实验条件让我们有机会从特定的原子位点观察手性分子，同时它正在失去一个原子，”前卡塞尔大学和欧洲 XFEL 研究员、现在在 DESY 的 Markus Ilchen 解释说，和最近发表在通讯化学上的文章的主要作者( https://doi.org/10.1038/s42004-021-00555-6 )。
他补充说：“实验条件和数据的复杂性非常显着，未来实验和数据分析方法的经验教训与结果本身一样令人兴奋。只有在我们理论同事的大力贡献下，这项努力才成为可能。” 事实上，卡塞尔大学的 Philipp Demekhin 和理论方面的通讯作者开发了一个模型，该模型为通过 X 射线进行内壳电离后手性系统的动力学产生了令人兴奋的观点。这可能是更好地了解扩展和重组手性系统中立体化学敏感性的演变的提示。
Ilchen 和 Demekhin 都是1319合作研究中心的成员，他们致力于研究和控制极端光照条件下的手性。他们都对(X 射线)自由电子激光器作为手征识别的独特光源的潜力充满热情。他们决心进一步塑造一种新的基于 XFEL 的方法，用于超快和非线性手性科学。
欧洲 XFEL SQS 仪器的首席科学家、论文的合著者 Michael Meyer 补充说：“有趣的是，这种强大的方法现在也可以应用于 FEL 相关研究。这将为研究手性样品提供各种新机会，我们特别兴奋，因为在欧洲 XFEL 计划中，明年将在 SASE3 软 X 射线波荡器上产生圆偏振光。”
