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    太厉害了!实现实时观察分子的拉伸和弯曲

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      普朗克

      要想观察分子在化学反应过程中是如何弯曲、拉伸、断裂或转变的,需要最先进的仪器和技术,这些仪器和技术能够以高亚原子空间和时间分辨率观察和跟踪分子中的所有原子。大约20年前,科学家们提出了利用分子自身的电子来拍摄结构快照并实时观察分子反应的想法。

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      在2016年就由ICFO Jens Biegert的ICREA教授领导研究人员在《科学》上报道了乙炔(C2H2)分子键断裂的成像,实现了在不遗漏任何事件的情况下拍摄分子动力学快照所需的空间和时间分辨率,实现了对复杂分子成像的突破。

      太厉害了!实现实时观察分子的拉伸和弯曲

      博科园:现在研究小组已经超越了他们之前的发现,取得了另一个里程碑,在发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的一项新研究中,ICFO的研究人员Kasra Amini博士、Michele Sclafani博士、Tobias Steinle博士、Aurelien Sanchez博士在ICFO教授Jens Biegert博士的领导下观察了三原子分子化合物二硫化碳CS2的结构弯曲和拉伸。为了观察这一现象,研究人员使用了激光诱导的电子衍射,这是一种分子尺度的电子显微镜技术,它可以用亚原子皮米(pm;1 pm = 10-12 m)和阿秒时空分辨率。

      太厉害了!实现实时观察分子的拉伸和弯曲

      • (图示)演示了线性三原子分子的超快拉伸和弯曲,以及随后的激光诱导电子衍射直接成像。图片:ICFO/K. Amini and U. Jena

      分子结构的超快变化是由分子电子结构的变化驱动,受Renner-Teller效应的控制。这种效应对于重要的三原子分子(如二硫化碳、CS2)至关重要,因为它可以确定地球大气中可能影响气候条件的特定化学反应。现在,该团队首次在实验中直接描绘了这种效应,实时获得快照,看到分子对称拉伸,并在85秒(8个激光周期)内以线性到弯曲的结构转变弯曲。这是可能由于使用最先进的量子显微镜组成:

      (1) 3.1中红外µm强烈,飞秒激光系统,照亮一个CS2分子与160000年激光脉冲每秒

      (2)反应显微镜光谱仪可以同时检测的完整三维动量分布电离产生的电子和离子粒子和sub-cycle recollision成像的一个孤立分子。

      太厉害了!实现实时观察分子的拉伸和弯曲

      为了证实实验发现,该团队还进行了最先进的量子动力学理论模拟,并验证了理论和观测结果之间的匹配,证实了超快的线性到弯曲转变确实是由Renner-Teller效应实现。这些发现标志着在理解分子动力学系统中发生的潜在影响方面迈出了重要一步!

      太厉害了!实现实时观察分子的拉伸和弯曲

      博科园-科学科普|研究/来自: ICFO

      参考期刊文献:《美国国家科学院院刊》,《科学》

      DOI: 10.1073/pnas.1817465116

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