格拉茨大學和維也納大學的科學家最新研究成果，更好地描述了強相互作用分子態之間的能量流動。自20世紀90年代以來，飛秒化學一直在分子水平上研究超快過程。在過去的幾年裡，格拉茨大學實驗物理研究所的飛秒動力學研究小組，在光-物質相互作用領域取得了一些成功。該研究工作組負責人馬庫斯·科赫(Markus Koch)表示：
例如，精確理解分子中光激發引發的過程，是開發可持續技術的先決條件，其研究成果發表在《物理化學快報》期刊上。這種技術能夠實現基於太陽能的能源供應，以光催化為例，與光伏發電相比，光催化有助於將陽光轉化為化學能，在長期儲存和能量密度方面具有優勢。這種分子動力學研究的一種方法是：利用所謂的泵浦-探測測量。
應用超短激光脈衝將分子系統激發(“泵浦”)到所需的狀態。在一段可調的延遲時間之後，第二個(“探針”)激光通過電離分子來“詢問”激發態的布居。測量了發射光電子的能量，通過改變泵浦-探測延遲時間，可以得出關於分子中能量流動的結論。海森堡的能量-時間不確定原理阻礙了獲得精確結果，到目前為止，對於一些多原子分子來說，對其實時尺度上的光誘導過程的準確描述是失敗的。
這些多原子分子在激發後可能採取不同的衰減或碎裂路線，這取決於在緊密間隔能態之間的選擇。由於海森堡的能量-時間測不準原理，持續時間僅為飛秒(10^-15秒)的激光脈衝，不能選擇性地激發緊密相鄰的分子態。然而，短脈衝是觀測極快過程的先決條件。在萊蒂西亞·岡薩雷斯教授的指導下，與維也納大學化學學院理論化學研究所的研究人員合作。
理論與實驗相結合的新方法
格拉茨大學實驗物理學家現在已經克服了這一障礙。通過結合超短激光脈衝實驗和光誘導過程的理論模擬，現在可以首次在三個密切相關的態之間關鍵能量窗口觀察到丙酮（一個已經得到很好研究的分子）的能量流。即使對於維也納大學研究小組這一推在光激發後對分子進行理論描述的領域，正在研究的系統也提出了挑戰，對於這些模擬，其軟件包SHARC的新開發非常必要。
如果沒有新的開發，丙酮動力學的正確描述將是不可能的。這兩種方法本身都被廣泛使用，但雖然飛秒光譜學中的能量-時間-模糊關係阻礙了獲得精確結果，但實時模擬提供了對分子動力學的更深層次洞察，這反過來又需要對實驗結果進行驗證。這兩種技術的結合，現在為研究人員提供了對丙酮動力學的更深層次洞察，是研究光-物質相互作用的又一里程碑。
博科園｜研究/來自：格拉茨大學
參考期刊《物理化學快報》
DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b03462
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