科学家利用“极端”方法 成功捕捉复杂爆炸分子图像

• 2022-02-23 11:59:13 来源：凤凰网

爆炸时候的分子运动你见过吗？欧洲XFEL（世界上最大的X射线激光器）的一个国际研究小组应用了一种“极端”方法来拍摄复杂分子的照片。科学家团队利用该设施产生的超亮X射线闪光，以原子分辨率拍摄了气相碘吡啶分子的快照。X射线激光使分子爆炸，并从碎片中重建了图像。

来自欧洲XFEL的研究者表示，由于欧洲XFEL的极强和特别短X射线脉冲，团队能够为这种方法和分子的大小制作出前所未有的清晰图像。这些图像是向记录分子电影迈出的重要一步，研究人员希望将来能用它来高分辨率地观察生化反应或物理变化的细节。

研究者认为，研究所使用的方法对调查光化学过程特别有希望。这种由光引发的化学反应过程在实验室和自然界中都非常重要，例如在研究光合作用和眼睛的视觉过程中非常有用。研究人员希望从中获得的知识可以有助于在未来更好地理解此类过程，并为医学、可持续能源生产和材料研究开发新的方法。

在名为库仑爆炸（Coulomb explosion）成像的方法中，一个高强度和超短的X射线激光脉冲将大量的电子从分子中击出。由于剩余的带正电的原子之间存在强大的静电排斥力，分子在几飞秒内爆炸——百万分之一秒。然后各个电离的碎片飞散开来，这个过程被一个探测器记录下来。

研究者称，迄今为止，库仑爆炸成像仅限于由不超过五个原子组成的小分子。但这项研究已经打破了这一方法的限制，碘吡啶（C5H4IN）由11个原子组成。

库仑爆炸成像特别适用于跟踪非常轻的原子，如化学反应中的氢。该技术能够对气相中的单个分子进行详细调查，因此是一种制作分子电影的补充方法，与欧洲其他XFEL仪器正在开发的液体和固体电影并列。

研究者称，目前正致力于研究分子动力学作为下一步，这样单个图像就可以组合成一个真正的分子电影，并且已经进行了这些实验中的第一个。

题为X-ray multiphoton-induced Coulomb explosion images complex single molecules的相关研究论文发表在《自然-物理学》上。

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