The European Photon Imaging Camera (EPIC) consortium has provided the focal plane instruments for the three X-ray mirror systems on XMM-Newton. Two cameras with a reflecting grating spectrometer in the optical path are equipped with MOS type CCDs as focal plane detectors (Turner [CITE]), the telescope with the full photon flux operates the novel pn-CCD as an imaging X-ray spectrometer. The pn-CCD camera system was developed under the leadership of the Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE), Garching. The concept of the pn-CCD is described as well as the different operational modes of the camera system. The electrical, mechanical and thermal design of the focal plane and camera is briefly treated. The in-orbit performance is described in terms of energy resolution, quantum efficiency, time resolution, long term stability and charged particle background. Special emphasis is given to the radiation hardening of the devices and the measured and expected degradation due to radiation damage of ionizing particles in the first 9 months of in orbit operation.

The EPIC focal plane imaging spectrometers on XMM-Newton use CCDs to record the images and spectra of celestial X-ray sources focused by the three X-ray mirrors. There is one camera at the focus of each mirror; two of the cameras contain seven MOS CCDs, while the third uses twelve PN CCDs, defining a circular field of view of 30′ diameter in each case. The CCDs were specially developed for EPIC, and combine high quality imaging with spectral resolution close to the Fano limit. A filter wheel carrying three kinds of X-ray transparent light blocking filter, a fully closed, and a fully open position, is fitted to each EPIC instrument. The CCDs are cooled passively and are under full closed loop thermal control. A radio-active source is fitted for internal calibration. Data are processed on-board to save telemetry by removing cosmic ray tracks, and generating X-ray event files; a variety of different instrument modes are available to increase the dynamic range of the instrument and to enable fast timing. The instruments were calibrated using laboratory X-ray beams, and synchrotron generated monochromatic X-ray beams before launch; in-orbit calibration makes use of a variety of celestial X-ray targets. The current calibration is better than 10% over the entire energy range of 0.2 to 10 keV. All three instruments survived launch and are performing nominally in orbit. In particular full field-of-view coverage is available, all electronic modes work, and the energy resolution is close to pre-launch values. Radiation damage is well within pre-launch predictions and does not yet impact on the energy resolution. The scientific results from EPIC amply fulfil pre-launch expectations.

The start-up of the Linac Coherent Light Source (LCLS), the new femtosecond hard X-ray laser facility in Stanford, California, has brought high expectations of a new era for biological imaging. The intense, ultrashort X-ray pulses allow diffraction imaging of small structures before radiation damage occurs. Two papers in this issue of Nature present proof-of-concept experiments showing the LCLS in action. Chapman et al. tackle structure determination from nanocrystals of macromolecules that cannot be grown in large crystals. They obtain more than three million diffraction patterns from a stream of nanocrystals of the membrane protein photosystem I, and assemble a three-dimensional data set for this protein. Seibert et al. obtain images of a non-crystalline biological sample, mimivirus, by injecting a beam of cooled mimivirus particles into the X-ray beam. The start-up of the new femtosecond hard X-ray laser facility in Stanford, the Linac Coherent Light Source, has brought high expectations for a new era for biological imaging. The intense, ultrashort X-ray pulses allow diffraction imaging of small structures before radiation damage occurs. This new capability is tested for the problem of imaging a non-crystalline biological sample. Images of mimivirus are obtained, the largest known virus with a total diameter of about 0.75 micrometres, by injecting a beam of cooled mimivirus particles into the X-ray beam. The measurements indicate no damage during imaging and prove the concept of this imaging technique. X-ray lasers offer new capabilities in understanding the structure of biological systems, complex materials and matter under extreme conditions1,2,3,4. Very short and extremely bright, coherent X-ray pulses can be used to outrun key damage processes and obtain a single diffraction pattern from a large macromolecule, a virus or a cell before the sample explodes and turns into plasma1. The continuous diffraction pattern of non-crystalline objects permits oversampling and direct phase retrieval2. Here we show that high-quality diffraction data can be obtained with a single X-ray pulse from a non-crystalline biological sample, a single mimivirus particle, which was injected into the pulsed beam of a hard-X-ray free-electron laser, the Linac Coherent Light Source5. Calculations indicate that the energy deposited into the virus by the pulse heated the particle to over 100,000 K after the pulse had left the sample. The reconstructed exit wavefront (image) yielded 32-nm full-period resolution in a single exposure and showed no measurable damage. The reconstruction indicates inhomogeneous arrangement of dense material inside the virion. We expect that significantly higher resolutions will be achieved in such experiments with shorter and brighter photon pulses focused to a smaller area. The resolution in such experiments can be further extended for samples available in multiple identical copies.

eROSITA (extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array) is the primary instrument on the Spectrum-Roentgen-Gamma (SRG) mission, which was successfully launched on July 13, 2019, from the Baikonour cosmodrome. After the commissioning of the instrument and a subsequent calibration and performance verification phase, eROSITA started a survey of the entire sky on December 13, 2019. By the end of 2023, eight complete scans of the celestial sphere will have been performed, each lasting six months. At the end of this program, the eROSITA all-sky survey in the soft X-ray band (0.2–2.3 keV) will be about 25 times more sensitive than the ROSAT All-Sky Survey, while in the hard band (2.3–8 keV) it will provide the first ever true imaging survey of the sky. The eROSITA design driving science is the detection of large samples of galaxy clusters up to redshifts z > 1 in order to study the large-scale structure of the universe and test cosmological models including Dark Energy. In addition, eROSITA is expected to yield a sample of a few million AGNs, including obscured objects, revolutionizing our view of the evolution of supermassive black holes. The survey will also provide new insights into a wide range of astrophysical phenomena, including X-ray binaries, active stars, and diffuse emission within the Galaxy. Results from early observations, some of which are presented here, confirm that the performance of the instrument is able to fulfil its scientific promise. With this paper, we aim to give a concise description of the instrument, its performance as measured on ground, its operation in space, and also the first results from in-orbit measurements.

X-ray free-electron lasers have enabled new approaches to the structural determination of protein crystals that are too small or radiation-sensitive for conventional analysis1. For sufficiently short pulses, diffraction is collected before significant changes occur to the sample, and it has been predicted that pulses as short as 10 fs may be required to acquire atomic-resolution structural information1,2,3,4. Here, we describe a mechanism unique to ultrafast, ultra-intense X-ray experiments that allows structural information to be collected from crystalline samples using high radiation doses without the requirement for the pulse to terminate before the onset of sample damage. Instead, the diffracted X-rays are gated by a rapid loss of crystalline periodicity, producing apparent pulse lengths significantly shorter than the duration of the incident pulse. The shortest apparent pulse lengths occur at the highest resolution, and our measurements indicate that current X-ray free-electron laser technology5 should enable structural determination from submicrometre protein crystals with atomic resolution. Researchers describe a mechanism capable of compressing fast and intense X-ray pulses through the rapid loss of crystalline periodicity. It is hoped that this concept, combined with X-ray free-electron laser technology, will allow scientists to obtain structural information at atomic resolutions.

We demonstrate the use of an X-ray free electron laser synchronized with an optical pump laser to obtain X-ray diffraction snapshots from the photoactivated states of large membrane protein complexes in the form of nanocrystals flowing in a liquid jet.Light-induced changes of Photosystem I-Ferredoxin co-crystals were observed at time delays of 5 to 10 µs after excitation.The result correlates with the microsecond kinetics of electron transfer from Photosystem I to ferredoxin.The undocking process that follows the electron transfer leads to large rearrangements in the crystals that will terminally lead to the disintegration of the crystals.We describe the experimental setup and obtain the first timeresolved femtosecond serial X-ray crystallography results from an

We report experimental results on x-ray diffraction of quantum-state-selected and strongly aligned ensembles of the prototypical asymmetric rotor molecule 2,5-diiodobenzonitrile using the Linac Coherent Light Source. The experiments demonstrate first steps toward a new approach to diffractive imaging of distinct structures of individual, isolated gas-phase molecules. We confirm several key ingredients of single molecule diffraction experiments: the abilities to detect and count individual scattered x-ray photons in single shot diffraction data, to deliver state-selected, e. g., structural-isomer-selected, ensembles of molecules to the x-ray interaction volume, and to strongly align the scattering molecules. Our approach, using ultrashort x-ray pulses, is suitable to study ultrafast dynamics of isolated molecules.