新型光源使紫外诱导分子动力学的时间分辨率更高

发布时间:2024-10-29 13:22:36 阅读数: 75


探索新的反应途径:紫外激发下超短时间窗的分子动力学研究

超短紫外脉冲引起中性碘甲烷的光解,如果在光激发后5飞秒内到达第二个激光脉冲,则可以避免这一现象


       自由电子激光科学中心的阿秒科学小组开发出一种新型光源,此光源能够产生极短的脉冲,可用于研究紫外线诱导的分子动力学,且具有前所未有的时间分辨率。来自汉堡大学和 DESY 的科学家在《自然通讯》上发表的一篇文章中描述了他们独特的观察结果。


       紫外线(UV)辐射会穿透我们的大气,从而引发分子中的诸多光化学和光生物过程,例如造成 DNA 损伤。然而,一直以来,极短紫外脉冲的缺失阻碍了我们充分捕捉光分子相互作用早期阶段关键超快机制的能力。光吸收后的最初几飞秒尤为重要,因为在此期间电子和原子核会协同运动,这最终决定了分子的反应性。在这个极短的时间窗口内,更好地了解紫外线诱导的分子过程是开辟新反应途径的关键。


       因此,在近期的工作中,科学家们试图探究是否有可能在几个飞秒的时间尺度上影响系统在更长时间尺度上的反应性。他们需要确定分子中的紫外线激发是否足够迅速,以至于在原子核开始移动之前就已发生。利用他们的新光源对碘甲烷(一种紫外光谱的基准分子)进行研究后,他们发现,在激发分子后的大约 5 飞秒的狭窄窗口内,第二次激光脉冲能够防止其破裂。“这是此前从未被观察到的,因为通常用于激光实验的紫外线脉冲持续时间很长。” 弗朗西斯卡・卡莱加里说道,他是阿秒科学小组的负责人、汉堡大学教授、DESY 的首席科学家以及卓越集群 “CUI:先进的物质成像” 的发言人。若没有第二脉冲,分子必然会解离。“我们的实验观察还使我们确认了一个理论模型的有效性,这反过来又提供了关于紫外线诱导的分子反应的宝贵信息,比如到达 C - I 键核间距离所需的时间,在此处中性分子的两个电子状态可以交换种群。” 合著者 Vincent Wanie 补充道。实验与理论相结合的工作表明,在光激发后的最初时刻,几飞秒的紫外脉冲为操纵中性分子的光产物铺平了道路。基于这些发现,科学家们能够展示一种新的防止分子解离的光保护方案。该方法可能会被其他研究小组用于研究紫外线辐射引发的关键现象,在光化学、光催化和光生物学等领域具有潜在的应用前景。

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