中國科學(xué)院近代物理研究所等在分子庫侖爆炸成像研究方面取得進展。該研究利用蘭州重離子加速器提供的高電荷態(tài)離子束流，實現(xiàn)了復(fù)雜分子的高精度結(jié)構(gòu)成像。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

當(dāng)前，研究主要采用光電離誘導(dǎo)分子庫侖爆炸，適用范圍集中在簡單分子體系。近年來，科學(xué)家利用自由電子激光或飛秒激光提供的超強脈沖束，實現(xiàn)了由10個原子組成的復(fù)雜分子的庫侖爆炸成像。而這些方法受多重電離時間尺度等因素制約，使得分子在庫侖爆炸前存在結(jié)構(gòu)弛豫，限制了成像精度。尤其對含氫原子的體系，測量結(jié)果和分子實際鍵長存在偏差。

該研究發(fā)展了利用高電荷態(tài)離子對復(fù)雜分子高精度成像方法，并提出了利用碎片離子角度關(guān)聯(lián)譜作為指紋信息鑒別同分異構(gòu)體的新方案。研究利用蘭州重離子加速器，選用112.5 eV/u的C⁵⁺離子，以C₄H₄N₂分子作為模型，實現(xiàn)了亞飛秒時間尺度內(nèi)剝離其外殼層的10個以上電子，解決了分子結(jié)構(gòu)弛豫問題。實驗利用反應(yīng)顯微成像譜儀符合測量末態(tài)中的H⁺、C²⁺、C⁺和N⁺碎片，還原碎片動量獲得結(jié)構(gòu)信息，使得成像精度得到提高。

高電荷態(tài)離子在庫侖爆炸成像方面具有優(yōu)勢，能夠?qū)?fù)雜分子極快極強曝光，可以同時實現(xiàn)對分子中氫原子和較重原子的高精度成像并能夠鑒別同分異構(gòu)體。這一成果有望促進加速器在分子結(jié)構(gòu)成像領(lǐng)域的應(yīng)用。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院特別研究助理項目的支持。

論文鏈接

高電荷態(tài)離子誘導(dǎo)分子庫侖爆炸成像示意圖