中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所等在分子庫(kù)侖爆炸成像研究方面取得進(jìn)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(shí)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(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。

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

該研究發(fā)展了利用高電荷態(tài)離子對(duì)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(shí)現(xiàn)了亞飛秒時(shí)間尺度內(nèi)剝離其外殼層的10個(gè)以上電子，解決了分子結(jié)構(gòu)弛豫問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)利用反應(yīng)顯微成像譜儀符合測(cè)量末態(tài)中的H⁺、C²⁺、C⁺和N⁺碎片，還原碎片動(dòng)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(kù)侖爆炸成像方面具有優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)?fù)雜分子極快極強(qiáng)曝光，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院特別研究助理項(xiàng)目的支持。

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高電荷態(tài)離子誘導(dǎo)分子庫(kù)侖爆炸成像示意圖