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瑞士将X-射线激光脉冲持续时间缩短至43阿秒
2017-11-03


[据物理学组织网站20171027日报道] 瑞士苏黎世联邦理工学院成功将X-射线激光脉冲持续时间缩短至43阿秒。时间分辨率在几十分之一秒的范围内,第一次观察到电子在慢速化学反应过程中的运动情况。研究人员现在可以非常详细地观察到电子如何在一个分子内运动或者如何形成化学键。



为了充分了解化学反应过程中的动力学,科学家们必须能够在基本时间尺度研究原子和分子的所有运动。分子在皮秒(10-12 s)范围内旋转,原子在飞秒(10-15
s
)范围内振动,电子在阿秒(10-18 s)范围内运动。



打破过渡态



研究人员从红外激光器开始,制备出光谱范围非常宽的软X射线激光脉冲。因此,通过激发内层电子可以直接观察到包括磷和硫在内的各种元素。这两种元素都存在于生物分子中,现在能以前所未有的时间分辨率观察到它们。



但是,现在能够用更高分辨率观察反应步骤的优点是什么?电荷转移速度越快,反应越有效。阿秒光谱有助于开发更有效的太阳电池,详细了解电荷转移途径可以帮助优化下一代感光元件效率。



反应过程的光学操控



阿秒激光光谱不仅适合于观察,还适合于直接控制化学反应。采用激光脉冲可以改变反应过程棗即使可以通过停止分子中某一位置的电荷转移破坏化学键。迄今为止,化学反应中的这种有针对性的干预措施是不可能的,因为此前从未实现分子中电子运动的时间尺度。



未来,研究小组已经在开发下一代更短的激光脉冲。这将可以记录更详细的图像,并且更广泛的X射线光谱,可以探测更多元素。(工业和信息化部电子第一研究所   许文琪)



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