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日本高能加速器研究機(jī)構(gòu)（KEK）、東京大學(xué)、立命館大學(xué)、千葉大學(xué)、京都大學(xué)、量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（QST）、理化學(xué)研究所（理研）、高亮度光科學(xué)研究中心（JASRI）組成的聯(lián)合研究小組于2016年12月12日宣布，利用飛秒X射線光電子衍射法，成功確定了紅外脈沖強(qiáng)激光電場(chǎng)中的碘分子的結(jié)構(gòu)。


利用YAG激光電場(chǎng)時(shí)的分子排列控制 YAG激光關(guān)閉時(shí)碘分子朝向各種方向（上）。YAG激光打開時(shí)碘分子的方向沿著電場(chǎng)方向統(tǒng)一，并且碘分子的原子間距伸長(zhǎng)（下）（摘自KEK的新聞發(fā)布資料，下同）（點(diǎn)擊放大）		光電子衍射裝置的概念圖利用與脈沖YAG激光同步的XFEL脈沖使光子電從碘分子釋放出來后，分子鍵被切斷，作為碘離子分離出來。使用上部的檢測(cè)器觀測(cè)光電子的二維衍射像，使用下部的檢測(cè)器觀測(cè)分離離子的二維圖像（點(diǎn)擊放大）

對(duì)于朝向隨機(jī)方向的氣相分子，光電子釋放方向的信息容易在分子的方向上平均化，無法獲得光電子衍射像。因此，此次在實(shí)驗(yàn)中向氣相的碘分子（I₂）照射了YAG激光，利用該激光的電場(chǎng)統(tǒng)一了I₂的方向。之后，照射了在時(shí)間及空間上完全與YAG激光重疊的XFEL脈沖，檢測(cè)了從I₂內(nèi)的碘原子（I）釋放出來的I 2p軌道的X射線光電子衍射像。

光電子衍射像的實(shí)驗(yàn)與理論的比較
（a）光電子衍射像的實(shí)驗(yàn)值與理論值的殘差通過將原子間距與平衡構(gòu)造的偏離作為x軸、將離子化能與實(shí)際值的差值作為y軸來表現(xiàn)。在區(qū)域A，殘差最小，在區(qū)域B，殘差最大。（b）光電子衍射像的角度分布。直線表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，紅線表示區(qū)域A的理論結(jié)果，藍(lán)線表示區(qū)域B的理論結(jié)果，兩端的箭頭表示YAG激光及XFEL的偏光矢量（電場(chǎng)方向）方向（點(diǎn)擊放大）

為了確立YAG激光電場(chǎng)中的I₂的結(jié)構(gòu)（原子間距），研究小組將所測(cè)定的光電子衍射像與將I 2p軌道的離子化能和原子間距為參量的光電子衍射理論的計(jì)算結(jié)果做了比較。然后以二維圖來表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果之差，結(jié)果表明，YAG激光電場(chǎng)中的I2的原子間距在激光電場(chǎng)作用下鍵合變?nèi)?，因此與平衡構(gòu)造的I₂的原子間距相比伸長(zhǎng)了10％，也就是0.2～0.3埃（10^-10m）。

雖然此次使用的是紅外脈沖YAG激光，但通過導(dǎo)入激發(fā)光化學(xué)反應(yīng)的泵浦用短脈沖激光，便有望使超高速光化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)可視化。該成果使光化學(xué)反應(yīng)在時(shí)間空間上終極可視化的“分子電影（Molecular Movie）朝著實(shí)現(xiàn)的方向前進(jìn)了一大步。今后研究小組的目標(biāo)是利用飛秒X射線光電子衍射法來查明超高速分子光化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，探索反應(yīng)控制方法。

此次研究成果已發(fā)表在在線科學(xué)雜志《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）2016年12月9日刊。（特約撰稿人：工藤宗介）

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