分子如何在强烈的激光场中破裂

海德堡马克斯·普朗克核物理研究所的物理学家使用一种新方法详细研究了强激光场中氢分子的超快裂解。他们使用由激光脉冲触发的分子旋转作为“内部时钟”，分两步测量第二个激光脉冲中发生的反应时间。这样的“旋转时钟”是适用于其他分子中的顺序断裂过程的一般概念。

分子如何在强烈的激光场中破裂，哪些顺序过程发生得如此迅速?海德堡·马克斯·普朗克核物理研究所的物理学家与加拿大渥太华的一个研究小组合作，以一种新方法研究了这个问题，研究氢分子H 2的例子。为此，他们使用飞秒级的极短激光闪光(fs，十亿分之一秒的百万分之一)。这种激光脉冲在控制分子反应中也起着关键作用，因为它们直接影响负责化学键合的电子的动力学。

如果将氢分子(H 2)暴露在强度为10 14 W / cm 2的强红外激光闪光(800 nm波长)下，则激光的电场首先会剥离两个电子之一。在此电离过程中，同时吸收了10个以上的光子。剩下的只有一个电子的分子离子H 2 +不再处于平衡状态，并且由于两个质子的排斥而被拉伸。通过吸收更多的光子，它可以分解成质子(H +)和中性氢原子(H)。该反应被称为高于阈值解离(ATD)。如果分子离子进一步伸展到几个原子半径的核距，则剩余的电子可以像在小天线中一样，通过激光场共振吸收能量，并最终也被释放。这种机制称为增强电离(EI)。这导致两个排斥质子的“库仑爆炸”。

通过其动能来区分过程

研究人员在马克斯·普朗克核物理研究所的激光实验室中使用反应显微镜研究了这些过程，该显微镜可以检测分子分解后的所有带电片段(质子，电子)。飞秒激光脉冲聚焦在氢分子的超音速束上，以达到所需的强度。来自ATD和EI工艺的质子可通过其动能加以区分。

显然，EI比ATD花费更多的时间-但是这可以测量多少?由于激光脉冲必须持续足够长的时间(约25 fs)才能启动这些过程，但是必须足够短以提取精确的时间信息(几fs)，因此会出现问题。由于不能通过单个激光脉冲来实现，因此研究人员使用了以下技巧：原则上，每个分子都具有一种“内部时钟”，因为它可以被刺激旋转。

第一个(稍弱)的泵浦脉冲激发分子旋转，随后具有可变的时间延迟，而第二个(稍强)的​​探测脉冲触发了碎片化(ATD或EI)。这两个过程都对分子轴相对于电场在其中振荡的平面的方向敏感-它们最有可能用于平行方向。两个激光脉冲相互垂直地线性偏振，以便从第一个脉冲中分出碎片事件。