据美国科学促进会网站近日报道,美国堪萨斯州立大学和西班牙巴塞罗那科学技术研究所(BIST)科学家组成的国际研究团队,首次用激光成功拍摄出含4个原子的分子在9飞秒内化学反应动态过程。这一发表在《科学》杂志上的最新研究将为科学家提供有力工具,以观察化学、生物学和物理学等领域不同类型的反应过程和分子变化。
飞秒只有一千万亿分之一秒,许多化学反应都发生在飞秒的瞬间,此前没有办法测量出飞秒过程中的分子变化。而用激光记录飞秒内分子变化,最早由堪萨斯州立大学物理学家林绮东(音译)和同事提出,并在2012年首次用激光拍摄出含两个原子的氧分子动态分解过程。而拍摄更大的分子需要用到更强的激光,经过近5年的漫长研究,林绮东团队终于与BIST光学研究所延斯?比格尔特团队携手攻克了这一挑战,拍摄出含4个原子的乙炔分子(两个碳原子和两个氢原子)化学键断裂过程。
该国际团队通过一种中红外激光诱导电子衍射(LIED)的技术,利用分子内部自有的电子为分子拍照,获得了乙炔内化学键断开过程的连拍图片。他们向乙炔分子施加一束强激光,激活分子内一个电子离开,启动乙炔分子发生分解反应,最后为这一发生在9飞秒内的分子变化连续拍摄出多张图片。“这是首次实时观察到9飞秒内的分子分解过程。”
研究团队还通过所获得的连拍照片,精确测算出乙炔分子内新化学键的长短。林绮东解释道,乙炔分子内有4个原子,分子结构内含多个化学键,借助飞秒激光工具,研究人员能测出化学键的断裂位置和先后顺序,从而更好地理解和控制化学反应过程。