飞秒激光场下环形分子超快动力学成像研究

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强场超快原子分子物理动力学的超快成像研究是领域前沿的研究课题,多原子分子与强飞秒激光相互作用后发生多次电离及库仑爆炸,基于其碎片动量相关性,可重构分子超快结构变化,称为分子库仑爆炸成像。应用时间分辨的库仑爆炸成像方法对光诱导分子动力学过程进行超快研究,揭示分子及离子的超快结构变化,进而实现在原子距离尺度上拍摄分子电影,有重要的研究意义。本论文针对复杂的环形有机分子苯、1,3环己二烯、环己烯和环己烷,进行了库仑爆炸成像测量及系统的数据分析,并发展了时间分辨的库仑爆炸成像技术,对强场电离诱导的解离性电离展开了系统的研究。我们建立并发展了时间分辨的分子库仑爆炸符合测量成像系统,对典型的环形分子苯的多次电离解离超快动力学过程展开了时间分辨的研究。C3H3通道在延迟时间大于500fs,KER为2eV以下出现了新的通道,说明分子对称解离在500 fs后重新出现,表明分子库伦爆炸几率依赖于分子的构型变化。氢转移通道的能量在时间零点分布明显变宽,出现了更多低能离子碎片;氢转移通道信号强度随时间变化呈现一个微弱震荡,在时间零点处增强。分子三体库仑爆炸成像还可以反应环形分子的开环过程的结构变化及时间尺度。时间分辨的光致解离及库仑爆炸成像有助于研究分子离子激发态的动力学行为,并为进一步实现分子激发态超快结构成像奠定了基础。同时,四种分子通道分辨的碎片化离子产率展现出截然不同的性质,碎片化程度依赖于环形分子的电子态及几何结构。实验基于冷靶反冲离子动量成像谱仪(COLTRIMS)实现结合符合测量成像,并应用飞秒红外激光的泵浦探测方案,获取了四种环形分子的解离性电离及库仑爆炸动力学信息。四种分子通道分辨的碎片化离子产率展现出截然不同的性质,碎片化程度依赖于环形分子的电子态及几何结构。相比于其他三种分子,苯分子的碎片化程度较小,环己烷分子碎片化程度最高。环形分子的两体解离通道产率呈现规律性分布,非对称两体解离产率高于对称解离,而包含氢转移的CH3+通道最强。对两体库仑爆炸产率和KER(Kinetic-energy Release)分析,发现四种分子均有氢转移过程发生且其产率依赖于分子的性质,环形分子的两体库仑爆炸中氢转移过程广泛存在,饱和环形分子C6H12中CH3通道产率降低,证明双键的存在增强了氢转移过程。库仑爆炸过程的二维动量分布跟分子的轨道对称性有关,结合分子最高占据轨道HOMO分布,表明π轨道和σ轨道导致分子不同的角分布特征。
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