米兰理工大学团队以约3飞秒分辨率追踪分子运动

研究人员观察到一个分子在吸收光后的最初瞬间，并以 3 飞秒的时间分辨率追踪了电子与原子核的协同运动。这是由米兰理工大学牵头的国际研究小组取得的成果，该小组开发了一套用于研究超快光化学过程的新装置。

该实验平台实现了约 3 飞秒的时间分辨率——1 飞秒是十亿分之一秒的百万分之一。

这项成果发表于《Nature Communications》，是在欧洲 ERC Synergy TOMATTO 项目框架下取得的。

区分两种超快分子跃迁

为展示新方法的能力，研究人员研究了乙酰丙酮——一种被用作模型以理解光如何引发超快转化的分子。凭借所达到的精度，研究人员得以区分两次连续穿越圆锥交叉点的过程；圆锥交叉点是一个关键节点，分子在此改变电子态并转向特定的转化路径。这些现象是此前可用仪器无法在时间上加以区分的。

"借助这套装置，我们可以在分子吸收光后的最初瞬间追踪它，其细节程度是此前无法达到的。这就像大幅增加一部电影的帧数：一个看似单一的转变最终显现出它的所有中间阶段，"米兰理工大学物理系教授、ERC Synergy TOMATTO 项目协调人 Mauro Nisoli 说。

这套新装置使用两束同步精度极高的极短光脉冲。第一束脉冲位于紫外波段，被分子吸收并启动其演化过程。第二束脉冲位于极紫外波段，持续几个阿秒，在一个可控的时间间隔后到达分子，从而可以重建分子在该精确时刻的状态。

通过在连续的时间间隔重复测量，研究人员可以追踪能量的重新分布以及电子与原子核的协同运动。在乙酰丙酮的实验中，该装置以前所未有的细节重建了光所引发转变的初始阶段。

"我们观察到的是光使分子开始运动并重新组织其内部能量的时刻，"米兰理工大学物理系副教授 Maurizio Reduzzi 解释道。"能够直接追踪这些阶段，意味着我们更接近光化学过程的核心，在那里一次转变真正成形。"

能够改变紫外脉冲的波长，使该装置适用于研究不同的分子和电子态。因此，该方法可应用于更复杂的系统，从具有生物学意义的分子到光活性材料以及与能量转换相关的过程。

该平台还为阿托化学开辟了新的前景。阿托化学这一研究领域探讨的是通过作用于电子的运动，在原子较慢的运动开始之前观察化学转化，并在未来对其进行控制的可能性。

这项研究由米兰理工大学、意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所、爱丁堡赫瑞瓦特大学以及博洛尼亚大学的研究人员开展。

Marta Pini et al., 气相中3飞秒分辨的UV/XUV光电子能谱，Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-76602-4

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引用：超快光脉冲以三飞秒分辨率追踪分子运动（2026年10月22日）检索于2026年10月22日来自https://phys.org/news/2026-10-ultrafast-pulses-track-molecular-motion.html

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