中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所原子物理中心苑航博士、許慎躍研究員和馬新文研究員等在分子庫(kù)侖爆炸成像研究方面取得重要進(jìn)展，利用蘭州重離子加速器提供的高電荷態(tài)離子束流實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜分子的高精度結(jié)構(gòu)成像。相關(guān)成果于11月7日發(fā)表在Physical　Review　Letters上。

庫(kù)侖爆炸成像技術(shù)通過(guò)剝離多個(gè)電子使分子發(fā)生完全碎裂，進(jìn)一步探測(cè)碎片動(dòng)量獲得分子結(jié)構(gòu)信息?，F(xiàn)有研究主要采用光電離誘導(dǎo)分子庫(kù)侖爆炸，適用范圍主要集中在簡(jiǎn)單分子體系（原子數(shù)≤5）。近年來(lái)，科學(xué)家利用自由電子激光或飛秒激光提供的超強(qiáng)脈沖束，實(shí)現(xiàn)了對(duì)由10個(gè)原子組成的復(fù)雜分子的庫(kù)侖爆炸成像。但這些方法受多重電離時(shí)間尺度等因素制約，分子在庫(kù)侖爆炸前往往存在明顯的結(jié)構(gòu)弛豫，限制了成像精度，尤其是對(duì)含氫原子的體系，測(cè)量結(jié)果和分子實(shí)際鍵長(zhǎng)存在明顯偏差。

本項(xiàng)研究中，科研人員發(fā)展了利用高電荷態(tài)離子對(duì)復(fù)雜分子高精度成像方法，并提出了利用碎片離子角度關(guān)聯(lián)譜作為指紋信息鑒別同分異構(gòu)體的新方案。利用蘭州重離子加速器，研究團(tuán)隊(duì)選用112.5　eV／u的C^5＋離子，以C₄H₄N₂分子作為模型，實(shí)現(xiàn)在亞飛秒時(shí)間尺度內(nèi)剝離其外殼層的10個(gè)以上電子，從而有效解決了分子結(jié)構(gòu)弛豫問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)利用反應(yīng)顯微成像譜儀符合測(cè)量末態(tài)中的H^＋、C^2＋、C^＋和N^＋碎片，還原碎片動(dòng)量獲得結(jié)構(gòu)信息，成像精度得到顯著提高。

研究結(jié)果表明，高電荷態(tài)離子在庫(kù)侖爆炸成像方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)?fù)雜分子極快極強(qiáng)曝光，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)分子中氫原子和較重原子的高精度成像，并對(duì)同分異構(gòu)體進(jìn)行鑒別。本研究將有望促進(jìn)加速器在分子結(jié)構(gòu)成像領(lǐng)域的應(yīng)用。

該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院特別研究助理項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：https：／／doi．org／10.1103／PhysRevLett．133.193002

圖：高電荷態(tài)離子誘導(dǎo)分子庫(kù)侖爆炸成像示意圖