由弗莱堡大学物理研究所的Frank Stienkemeier教授和Lukas Bruder博士领导的研究小组首次将二维光谱应用于分离分子系统，从而在分子水平上更精确地追踪相互作用过程。研究小组在科学期刊《自然通讯》上发表了他们的研究结果。原子和分子水平上的过程通常发生在非常短的时间尺度上，比十亿分之一秒还快，而且是基于许多因素的相互作用。到目前为止，这使得破译精确的微观机制变得困难，例如光电转换或光合作用的能量。
博科园-科学科普：相干二维光谱学涉及对一种材料发射的超短激光脉冲，这种方法使研究人员能够跟踪这些过程的动态。二维光谱提供的信息比其他方法多得多，加上飞秒范围内的高时间分辨率，即十亿分之一秒的百万分之一。然而由于技术原因，这种方法以前仅限于研究散装液体或固体材料。在之前的实验中，样品非常复杂，这使得分离单个量子力学效应并精确研究它们变得极其困难。
在实验准备过程中，科学家们在超高真空中产生了无摩擦的超流体氦液滴。这些液滴只有几纳米大小，作为一种基质，研究人员利用模块化原理合成了实际的分子结构——换句话说，就是将分子组分一个接一个地组合起来。然后利用二维光谱对这些结构进行了研究。在实验中结合了各种具体技术，极大地提高了二维光谱的测量灵敏度，通过这样做有可能研究孤立的分子。
二维光谱描述了铷分子在不同颜色光谱下的光诱导反应。图片：Lukas Bruder
在一项初步研究中，弗莱堡大学的科学家们以一种不同寻常的量子态，制造出了极其冷的铷元素分子，分子中的原子只有弱键，并分析了它们在氦环境影响下的光诱导反应。研究人员Stienkemeier说：我们的方法开辟了一系列的应用领域，特别是在光电领域，最终将有助于更好地理解基本过程。二维电子光谱(2DES)是最强大的光谱技术之一，对量子系统的耦合、相干特性和实时动力学具有独特的灵敏度。在成功地应用于各种冷凝相样品的同时，由于灵敏度不足，在气相孤立系统上进行的高精度实验一直无法实现。
然而这些实验对于准确理解基本机制和避免误解是必不可少的。在这里通过在分子束型实验中将2DES扩展到氦纳米液滴分离制备的气相分离纳米系统中来解决这个问题。该方法在合成定制的、单体和多体量子态选择的模型系统时具有很高的灵活性。在弱束缚Rb2和Rb3分子的模型研究中，我们展示了该方法在定制量子系统中阐明相互作用和动力学的独特能力，从而也弥补了与超保守量子科学实验的差距。
博科园-科学科普｜研究/来自：弗莱堡艾伯特路德维希大学
参考期刊文献 :《自然通讯》
DOI: 10.1038/s41467-018-07292-w
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