實現實時觀察分子的拉伸和彎曲！

驚奇 06-15

要想觀察分子在化學反應過程中是如何彎曲、拉伸、斷裂或轉變的，需要最先進的儀器和技術，這些儀器和技術能夠以高亞原子空間和時間解析度觀察和跟蹤分子中的所有原子。大約20年前，科學家們提出了利用分子自身的電子來拍攝結構快照並實時觀察分子反應的想法。在2016年就由ICFO Jens Biegert的ICREA教授領導研究人員在《科學》上報道了乙炔(C2H2)分子鍵斷裂的成像，實現了在不遺漏任何事件的情況下拍攝分子動力學快照所需的空間和時間解析度，實現了對複雜分子成像的突破。

博科園：現在研究小組已經超越了他們之前的發現，取得了另一個里程碑，在發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上的一項新研究中，ICFO的研究人員Kasra Amini博士、Michele Sclafani博士、Tobias Steinle博士、Aurelien Sanchez博士在ICFO教授Jens Biegert博士的領導下觀察了三原子分子化合物二硫化碳CS2的結構彎曲和拉伸。

為了觀察這一現象，研究人員使用了激光誘導的電子衍射，這是一種分子尺度的電子顯微鏡技術，它可以用亞原子皮米(pm;1 pm = 10-12 m)和阿秒時空解析度。

（圖示）演示了線性三原子分子的超快拉伸和彎曲，以及隨後的激光誘導電子衍射直接成像。圖片：ICFO/K. Amini and U. Jena

分子結構的超快變化是由分子電子結構的變化驅動，受Renner-Teller效應的控制。這種效應對於重要的三原子分子(如二硫化碳、CS2)至關重要，因為它可以確定地球大氣中可能影響氣候條件的特定化學反應。現在，該團隊首次在實驗中直接描繪了這種效應，實時獲得快照，看到分子對稱拉伸，並在85秒(8個激光周期)內以線性到彎曲的結構轉變彎曲。這是可能由於使用最先進的量子顯微鏡組成：

(1) 3.1中紅外μm強烈,飛秒激光系統,照亮一個CS2分子與160000年激光脈衝每秒

(2)反應顯微鏡光譜儀可以同時檢測的完整三維動量分布電離產生的電子和離子粒子和sub-cycle recollision成像的一個孤立分子。