分子如何在強烈的激光場中破裂

海德堡馬克斯·普朗克核物理研究所的物理學家使用一種新方法詳細研究了強激光場中氫分子的超快裂解。他們使用由激光脈沖觸發的分子旋轉作為“內部時鐘”，分兩步測量第二個激光脈沖中發生的反應時間。這樣的“旋轉時鐘”是適用于其他分子中的順序斷裂過程的一般概念。

分子如何在強烈的激光場中破裂，哪些順序過程發生得如此迅速?海德堡·馬克斯·普朗克核物理研究所的物理學家與加拿大渥太華的一個研究小組合作，以一種新方法研究了這個問題，研究氫分子H 2的例子。為此，他們使用飛秒級的極短激光閃光(fs，十億分之一秒的百萬分之一)。這種激光脈沖在控制分子反應中也起著關鍵作用，因為它們直接影響負責化學鍵合的電子的動力學。

如果將氫分子(H 2)暴露在強度為10 14 W / cm 2的強紅外激光閃光(800 nm波長)下，則激光的電場首先會剝離兩個電子之一。在此電離過程中，同時吸收了10個以上的光子。剩下的只有一個電子的分子離子H 2 +不再處于平衡狀態，并且由于兩個質子的排斥而被拉伸。通過吸收更多的光子，它可以分解成質子(H +)和中性氫原子(H)。該反應被稱為高于閾值解離(ATD)。如果分子離子進一步伸展到幾個原子半徑的核距，則剩余的電子可以像在小天線中一樣，通過激光場共振吸收能量，并最終也被釋放。這種機制稱為增強電離(EI)。這導致兩個排斥質子的“庫侖爆炸”。

通過其動能來區分過程

研究人員在馬克斯·普朗克核物理研究所的激光實驗室中使用反應顯微鏡研究了這些過程，該顯微鏡可以檢測分子分解后的所有帶電片段(質子，電子)。飛秒激光脈沖聚焦在氫分子的超音速束上，以達到所需的強度。來自ATD和EI工藝的質子可通過其動能加以區分。

顯然，EI比ATD花費更多的時間-但是這可以測量多少?由于激光脈沖必須持續足夠長的時間(約25 fs)才能啟動這些過程，但是必須足夠短以提取精確的時間信息(幾fs)，因此會出現問題。由于不能通過單個激光脈沖來實現，因此研究人員使用了以下技巧：原則上，每個分子都具有一種“內部時鐘”，因為它可以被刺激旋轉。

第一個(稍弱)的泵浦脈沖激發分子旋轉，隨后具有可變的時間延遲，而第二個(稍強)的??探測脈沖觸發了碎片化(ATD或EI)。這兩個過程都對分子軸相對于電場在其中振蕩的平面的方向敏感-它們最有可能用于平行方向。兩個激光脈沖相互垂直地線性偏振，以便從第一個脈沖中分出碎片事件。