ATAS光谱技术迎新进展：能“看到”分子核重排后的电子运动退相干

2021-09-30 18:44

在过去的几十年里，基于激光的技术取得了令人印象深刻的进步，这也让原子和分子物理学获得了显著的进步。

超短激光脉冲的发展使科学家能够研究极快的现象，比如分子中的电荷传输和化学反应的基本步骤。但除此之外，我们能够在阿秒尺度观察这些过程。这意味着，我们也有可能在它们的自然时间框架内操纵和探测单个电子的动力学。

一种新兴的超快技术是阿秒瞬态吸收光谱(ATAS)，它可以跟踪电子在分子特定位置的运动。这是ATAS的一个特别吸引人的特性，因为它让研究人员们得以在原子尺度上以空间分辨率追踪分子系统的演化。

现代激光可以将化学推进到光物质相互作用的未知领域，在解释ATAS测量结果方面发挥关键作用。但到目前为止，ATAS的理论只适用于没有原子核运动或没有电子相干的原子或分子。

现在，一组来自EPFL理论物理化学实验室(LCPT)的物理学家已经将ATAS理论扩展到分子层面，包括相关的电子-核动力学的完整描述。

这项研究是与海德堡大学的亚历山大·库勒夫（Alexander Kuleff）合作完成的，发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

“我们提出了一个简单的分子吸收横截面的准解析表达式，它解释了核运动和非绝热动力学，由物理上直观的术语组成，”LCPT博士后和该研究的主要作者Nikolay Golubev说。

通过扩展ATAS理论，科学家们还表明，这种光谱技术有足够的分辨率“看到”由分子核重排引起的后续电子运动退相干。

将理论付诸实践，研究小组以多原子分子丙炔酸为例进行了测试。“通过结合高水平从头算电子结构方法和高效的半经典核动力学方法，可以模拟丙酸的X射线ATAS。”研究人员表示。

通过提高对分子中电子和原子核相关运动的认识，LCPT研究人员的发现也可以帮助更多人理解其他各种“原子化学”（attochemistry）现象。

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