中國科學院近代物理研究所等在分子庫侖爆炸成像研究方面取得進展。該研究利用蘭州重離子加速器提供的高電荷態(tài)離子束流，實現了復雜分子的高精度結構成像。近日，相關研究成果發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

當前，研究主要采用光電離誘導分子庫侖爆炸，適用范圍集中在簡單分子體系。近年來，科學家利用自由電子激光或飛秒激光提供的超強脈沖束，實現了由10個原子組成的復雜分子的庫侖爆炸成像。而這些方法受多重電離時間尺度等因素制約，使得分子在庫侖爆炸前存在結構弛豫，限制了成像精度。尤其對含氫原子的體系，測量結果和分子實際鍵長存在偏差。

該研究發(fā)展了利用高電荷態(tài)離子對復雜分子高精度成像方法，并提出了利用碎片離子角度關聯譜作為指紋信息鑒別同分異構體的新方案。研究利用蘭州重離子加速器，選用112.5 eV/u的C⁵⁺離子，以C₄H₄N₂分子作為模型，實現了亞飛秒時間尺度內剝離其外殼層的10個以上電子，解決了分子結構弛豫問題。實驗利用反應顯微成像譜儀符合測量末態(tài)中的H⁺、C²⁺、C⁺和N⁺碎片，還原碎片動量獲得結構信息，使得成像精度得到提高。

高電荷態(tài)離子在庫侖爆炸成像方面具有優(yōu)勢，能夠對復雜分子極快極強曝光，可以同時實現對分子中氫原子和較重原子的高精度成像并能夠鑒別同分異構體。這一成果有望促進加速器在分子結構成像領域的應用。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和中國科學院特別研究助理項目的支持。

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高電荷態(tài)離子誘導分子庫侖爆炸成像示意圖