Nature Communications：利用光电离过程深入了解复杂的分子势能

       研究者们如何通过光电离机制深入了解复杂的分子势能？近日，来自弗莱堡大学物理研究所的Giuseppe Sansone教授研究组与海德堡马克斯-普朗克核物理研究所的研究人员以及西班牙马德里自治大学、意大利的（dí）里雅斯特大学的课题组合作，共同给出了这个问题的答案，研究成果已经发表在期刊《Nature Communications》上。

图1 单个四氟化碳（又称四氟甲烷，CF4）分子的分子势能投影在实空间的分布图，位于四面体中心的碳原子（灰色）被位于顶点的四个氟原子（绿色）包围，且分子势能分别投影到（100），（010）和（001）面上，红色至蓝色代表势能由负到正以及对应的能量值。（图片来源：AG Sansone）

       光电离的概念最初源于光电效应，即一个原子或分子从外场吸收一个光子的过程。在这个过程中，核外电子吸收光子的能量，挣脱原子核的束缚，形成了带一个正电荷的离子实。这种效应可以看作是瞬时的，因此，光子的吸收和电子的逃逸这两个行为之间没有显著的延迟时间。然而，先前的若干实验表明，极短的阿秒（1as = 10-18 s）测量可以捕获两个过程间的时差。

阿秒脉冲的产生

       “感谢我们实验室中先进的激光光源和专门设计的光谱仪，我们能够获得最短的脉冲激光，其持续时间只有几百阿秒。”Sansone解释到，“并且，当简单分子吸收外部脉冲激光的光子时，我们可以重构分子的朝向，以此来研究电子在吸收光子后的运动情况。”

电子运动过程中，分子势能的峰值和谷值

       研究人员发现，电子逃脱分子束缚的过程是一段复杂的过程，这个过程中分子势能具有峰值和谷值。分子由原子组成，这些物理量是由原子的空间分布决定的，而电子的运动路径能影响相关的逃逸时间。

可扩展至更复杂的分子系统

       在实验中，研究组使用阿秒脉冲序列与超短波红外场相结合的方法，测量了在不同空间方向上，CF4分子发射电子所累积的延迟时间。弗莱堡大学的物理学家说：“通过将测量信息与分子空间方向的表征相结合，我们可以形象地理解分子势能，尤其是分子势能分布和分子势能峰（如图1）是如何影响延迟时间的。”

       以上工作可以进一步推广到更复杂的分子体系，以及超短延迟时间内势能的动态变化。Sansone强调，总而言之，这种方法为可视化分子内部复杂的分子势能提供了可能性，而且提供了前所未有的时间分辨率。

消息来源：
https://phys.org/news/2022-03-mechanism-photoionization-insights-complex-molecular.html