万亿分之一秒 红外脉冲拍摄高清“分子旋转电影”

在动态过程中捕捉原子超快运动，对于分子物理学始终是一个梦想，因为通常需要波长为原子大小的高能辐射才能看到细节。然而近日，科学家竟然通过创新的红外激光脉冲技术，能以万亿分之一秒的超快速度，拍摄羰基硫化物分子旋转的动态高清影像。

羰基硫化物分子旋转电影实录

科学界常用电子显微镜来观测分子及分子的大小。现代电子显微镜最大放大倍率可超过300万倍，甚至能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。然而想要观测其动态影像则十分困难。

相关负责人介绍了这项成果的原理：首先使用两个红外激光脉冲，它们彼此精确调谐并相隔38万亿分之一秒（皮秒），以使羰基硫化物分子一致快速旋转（即相干）。另外使用具有更长波长的另一个激光脉冲，以每个约0.2万亿分之一秒的间隔确定分子的位置。通过这样的方法，科学家拍摄了651张照片，按顺序组装，图片产生125皮秒的分子旋转胶片。羰基硫化物分子是由一个氧，一个碳和一个硫原子组成的棒状分子，需要大约82万亿分之一秒，才能完成一整圈，因此科学家的胶片覆盖了其分子旋转的一个半周期。

研究者还分享了羰基硫化物分子旋转周期确定的方法：分子级的位置和动量受量子力学支配，不能以最高精度同时确定；只能定义在特定时间点在特定位置找到分子的特定概率，即分子不是简单地指向一个方向，而是同时指向不同的方向——每个方向具有不同的概率。这正是我们在本研究中通过实验成像的那些方向和概率。而研究人员正是从大约82皮秒后这些单个图像开始重复的事实来推断出羰基硫化物分子的旋转周期的。据了解，这项技术也可以用于拍摄分子或手性化合物的内部扭曲等其他分子和过程的动力学指导电影。