SLAC用LCLS超快X射线首次直接成像受激化学反应中的原子运动

B910化工消息：6月28日消息，AZoM援引SLAC National Accelerator Laboratory报道称，SLAC和合作研究者利用Linac Coherent Light Source（LCLS）超快X射线，首次直接成像一个受激光相干控制的化学反应中分子的结构重排过程。研究发表于Physical Review A，核心目标是把过去主要依靠光谱间接推断的反应路径，转化为可直接观察原子位置变化的结构信息。

原文介绍，研究由Tom Hopper等人参与完成。Hopper现为University of Central Florida助理教授，研究期间曾在SLAC从事博士后工作；SLAC staff scientist、Stanford PULSE Institute研究人员Adi Natan是该工作的主要研究者之一。团队研究的是碘蒸气中的双原子碘分子。实验先用第一束“pump”激光脉冲激发分子，随后通过第二束“dump”脉冲调节反应路径，使分子能级回落或进一步激发并断键，最后用第三束超快X射线脉冲探测结构变化。

这项工作的技术难点在于三束脉冲的精确时序配合。传统泵浦-探测实验通常只需要一束激光泵浦和一束X射线探测；本研究则加入“dump”脉冲来主动控制反应，再用X射线散射读取结构信息。原文称，Natan开发的新分析方法将X射线数据转化为分子结构及其随反应推进变化的信息。碘分子被选作验证体系，是因为其结构简单、原子重、电子数多，X射线散射信号强，适合展示该方法。

对化学产业链而言，这类研究还处于方法学阶段，但方向与光化学、催化剂设计和光响应材料开发相关。相干控制的目标是用光场引导反应沿特定路径发生，如果未来能看到分子何时偏离目标路径，研究者就可能反向优化脉冲设计或材料结构，提升目标产物选择性。对精细化工和材料研发来说，这意味着反应控制可能从“测结果、调条件”进一步走向“观测路径、设计路径”。

原文同时指出，该方法可拓展到更复杂分子的相干控制反应，并可能与正在推进的LCLS高能升级结合。Hopper团队还计划把研究对象从孤立分子扩展到材料体系。该研究得到美国能源部科学办公室支持，团队还包括LCLS首席科学家James Glownia。 （来源：AZoM）