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在125万亿分之一秒内,科学家拍摄到:旋转的羰基硫化物分子!

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发表于 2020-5-20 04:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
在125万亿分之一秒内,科学家拍摄到:旋转的羰基硫化物分子!

Original 手机软件:博科园
天文物理 Today



                               
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科学家已经使用精确调谐激光脉冲来拍摄分子的超快旋转,由此产生的“分子电影”追踪了一圈半的羰基硫化物(OCS)(一种由一个氧、一个碳和一个硫原子组成的杆状分子)在125万亿分之一秒内以高空间分辨率发生的运动。由DESY自由电子激光科学中心的Jochen Kupper和柏林Max Born研究所的Arnaud Rouzee领导的研究小组在《自然通讯》上发表了期研究发现。CFEL是DESY、马克斯·普朗克学会和汉堡大学的合作项目。同时也是汉堡大学教授的库珀说:

                               
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分子物理学长期以来一直梦想在胶片上捕捉原子在动态过程中的超快运动。然而,这绝不是简单的,因为分子领域通常需要具有原子大小波长的高能辐射才能看到细节。因此,研究小组采用了一种不同的方法:使用两束精确调谐的红外激光脉冲,以38万亿分之一秒(皮秒)的间隔使羰基硫化物分子快速一致地旋转。然后使用另一种波长更长的激光脉冲,以0.2万亿分之一秒的间隔来确定分子位置。
来自CFEL的研究主要作者伊万杰洛斯·卡拉马特斯科斯说:由于这种诊断激光脉冲会破坏分子,每次快照都必须重新启动实验。科学家总共拍摄了651张照片,涵盖了分子旋转的1.5个周期。按顺序组装后,这些照片产生了125皮秒的分子旋转薄膜。

                               
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羰基硫化物分子需要82万亿分之一秒,才能完成一个完整的旋转。把它的运动想象成一根旋转木棍是错误的,在这观察的过程是由量子力学控制。在这个尺度上,像原子和分子这样非常小的物体行为与周围的日常物体不同。分子位置和动量不能同时以最高精度确定,只能确定在特定时间特定地点找到分子的特定概率量子力学独特特征可以从电影中的许多图像中看出,在这些图像中:分子不是简单地指向一个方向,而是同时指向不同的方向——每个方向都有不同的概率。

                               
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正是这些方向和概率,在这项研究中实验成像。从这些单独的图像在82皮秒后开始重复,可以推断出羰基硫化物分子的旋转周期。该方法也可以用于其他分子和过程,例如研究内部的扭曲,即分子或手性化合物的扭转。作为一个试点项目,研究记录了硫化羰基超快旋转的高分辨率分子电影,能够达到的细节水平表明,该方法可以用来制作关于其他过程和分子动力学有指导意义的电影。
博科园|研究/来自:德国电子同步加速器研究所
参考期刊《自然通讯》
DOI: 10.1038/s41467-019-11122-y


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