要想觀察分子在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中是如何彎曲、拉伸、斷裂或轉(zhuǎn)變的，需要最先進(jìn)的儀器和技術(shù)，這些儀器和技術(shù)能夠以高亞原子空間和時(shí)間分辨率觀察和跟蹤分子中的所有原子。

大約20年前，科學(xué)家們提出了利用分子自身的電子來(lái)拍攝結(jié)構(gòu)快照并實(shí)時(shí)觀察分子反應(yīng)的想法。在2016年就由ICFO?Jens?Biegert的ICREA教授領(lǐng)導(dǎo)研究人員在《科學(xué)》上報(bào)道了乙炔(C2H2)分子鍵斷裂的成像，實(shí)現(xiàn)了在不遺漏任何事件的情況下拍攝分子動(dòng)力學(xué)快照所需的空間和時(shí)間分辨率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜分子成像的突破。

博科園：現(xiàn)在研究小組已經(jīng)超越了他們之前的發(fā)現(xiàn)，取得了另一個(gè)里程碑，在發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上的一項(xiàng)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(lǐng)導(dǎo)下觀察了三原子分子化合物二硫化碳CS2的結(jié)構(gòu)彎曲和拉伸。為了觀察這一現(xiàn)象，研究人員使用了激光誘導(dǎo)的電子衍射，這是一種分子尺度的電子顯微鏡技術(shù)，它可以用亞原子皮米(pm;1?pm?=?10-12?m)和阿秒時(shí)空分辨率。

分子結(jié)構(gòu)的超快變化是由分子電子結(jié)構(gòu)的變化驅(qū)動(dòng)，受Renner-Teller效應(yīng)的控制。這種效應(yīng)對(duì)于重要的三原子分子(如二硫化碳、CS2)至關(guān)重要，因?yàn)樗梢源_定地球大氣中可能影響氣候條件的特定化學(xué)反應(yīng)?，F(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)首次在實(shí)驗(yàn)中直接描繪了這種效應(yīng)，實(shí)時(shí)獲得快照，看到分子對(duì)稱拉伸，并在85秒(8個(gè)激光周期)內(nèi)以線性到彎曲的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變彎曲。這是可能由于使用最先進(jìn)的量子顯微鏡組成：

(1) 3.1中紅外μm強(qiáng)烈,飛秒激光系統(tǒng),照亮一個(gè)CS2分子與160000年激光脈沖每秒

(2)反應(yīng)顯微鏡光譜儀可以同時(shí)檢測(cè)的完整三維動(dòng)量分布電離產(chǎn)生的電子和離子粒子和sub-cycle?recollision成像的一個(gè)孤立分子。

為了證實(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了最先進(jìn)的量子動(dòng)力學(xué)理論模擬，并驗(yàn)證了理論和觀測(cè)結(jié)果之間的匹配，證實(shí)了超快的線性到彎曲轉(zhuǎn)變確實(shí)是由Renner-Teller效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著在理解分子動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的潛在影響方面邁出了重要一步！

博科園-科學(xué)科普｜研究/來(lái)自:?ICFO

參考期刊文獻(xiàn):《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》,《科學(xué)》

DOI:?10.1073/pnas.1817465116

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