Selvbilleddannelse af et molekyle ved dets egne elektroner

Et af de mangeårige mål med forskning i molekylers lysinducerede dynamik er at observere tidsafhængige ændringer i molekylers struktur, som skyldes absorption af lys, så direkte og entydigt som muligt. Til denne ende, forskere har udviklet og anvendt et væld af tilgange. Af særlig lovende blandt disse tilgange er adskillige metoder udviklet i de sidste år, der er afhængige af diffraktion (af lys eller elektroner) som midler til at kode de internukleære mellemrum mellem atomerne, der tilsammen danner molekylet.

I en nylig avis ( Phys. Rev. Lett . 125, 123001, 2020), forskere ved MBI ledet af Dr. Arnaud Rouzée har vist, at højopløselige film af molekylær dynamik kan optages ved hjælp af elektroner, der udstødes fra molekylet af et intenst laserfelt. Efter kraftig feltionisering, elektronerne, der frigives, accelereres generelt væk fra molekylet under påvirkning af laserens elektriske felt. Imidlertid, på grund af dette felts oscillerende karakter, en brøkdel af elektronerne drives tilbage til deres modermolekylære ion. Dette sætter scenen for en såkaldt re-kollisionsproces, hvor elektronen kan reabsorberes i molekylet (og hvor den absorberede energi frigives i form af højenergifotoner) eller spreder den molekylære ion. Afhængig af elektronens kinetiske energi, det kan forbigående være fanget inde i en centrifugal potentialbarriere. Dette er en velkendt proces i elektronspredning og i enkeltfotonioniseringseksperimenter, og omtales som en formresonans. Den rygende pistol for forekomsten af ​​en formresonans er en stor forøgelse af spredningstværsnittet. Som navnet antyder, den kinetiske energi, for hvilken formresonansen forekommer, er meget følsom over for formen af ​​det molekylære potentiale, og dermed til den molekylære struktur. Derfor, formresonanser kan bruges til at lave en film af et molekyle, der er under ultrahurtig nuklear omlejring.

For at demonstrere denne effekt, holdet på MBI optog en film af den ultrahurtige vibrationsdynamik af foto-exciterede I ₂ molekyler. En første laserpuls, med en bølgelængde i den synlige del af bølgelængdespektret, blev brugt til at fremstille en vibrationsbølgepakke i molekylets elektroniske B-tilstand. Denne laserpuls blev efterfulgt af et sekund, meget intens, tidsforsinket laserpuls, med en bølgelængde i den infrarøde del af bølgelængdespektret. Elektronmomentumfordelinger efter stærk feltionisering af den anden laserimpuls blev registreret ved forskellige tidsforsinkelser mellem de to impulser, svarende til forskellige bindingsafstande mellem de to jodatomer. En stærk variation af det laserdrevne elektrongenspredningstværsnit blev observeret med forsinkelse, som utvetydigt kunne tildeles en ændring af formresonansenergipositionen (se fig. 1) induceret af vibrationsbølgepakkens bevægelse. Som sådan, dette arbejde introducerer nye muligheder for at undersøge foto-induceret molekylær dynamik med både høj tidsmæssig og rumlig opløsning.