科研進展
科學(xué)家首次揭示分子電偶極矩在庫侖爆炸中的關(guān)鍵作用
近日，由中國科學(xué)院近代物理研究所原子物理中心張瑞田研究員團隊主導(dǎo)，與天津大學(xué)、捷克布拉格理工大學(xué)以及中山大學(xué)合作，在《化學(xué)物理雜志》上發(fā)表了一項最新研究成果。該研究通過高精度實驗與分子動力學(xué)模擬，首次揭示了分子電偶極矩（EDM）在一氧化碳（CO）二聚體和三聚體庫侖爆炸過程中的關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)為分子尺度上的環(huán)境效應(yīng)研究提供了新視角。
圖 1：CO分子二聚體和三聚體的構(gòu)型
分子電偶極矩是衡量分子中電荷分布不對稱性的關(guān)鍵參數(shù)，對理解分子行為至關(guān)重要。此次實驗在近代物理所320kV低能高電荷態(tài)離子綜合電子書離子源平臺完成。研究團隊利用40 keV能量Ar2+離子束與CO團簇（二聚體和三聚體）碰撞，通過冷靶反沖離子動量譜儀精確捕捉了帶電分子團簇的庫侖爆炸過程,并測量動能釋放（KER）分布情況。實驗結(jié)果顯示，爆炸過程中動能釋放（KER）分布與傳統(tǒng)的點電荷模型預(yù)測存在顯著差異，核間距與動能釋放之間的關(guān)系需要更高階的近似模型來解釋。
圖 2 ：冷靶反沖離子動量譜儀裝置
為了解釋這一實驗現(xiàn)象，科研人員在傳統(tǒng)的點電荷模型基礎(chǔ)上，引入了更高階的電荷分布模型，并特別考慮了CO+的電荷分布和電偶極矩。結(jié)果表明，偶極作用誘導(dǎo)了CO?碎片的轉(zhuǎn)動激發(fā)。這種能量傳遞機制充分解釋了實驗與理論之間的差異，同時揭示了庫倫爆炸過程偶極相互作用誘導(dǎo)的CO?碎化。
下一步，研究團隊計劃將這一研究方法擴展到其他分子體系，探索不同分子結(jié)構(gòu)和電荷分布在庫侖爆炸過程中的影響。同時，通過改進實驗技術(shù)和模擬方法，進一步揭示分子尺度上的環(huán)境效應(yīng)，為離子輻照生物和天體環(huán)境生命分子合成等相關(guān)研究領(lǐng)域的復(fù)雜微觀機理提供了重要的基準(zhǔn)理論支持和實驗依據(jù)。
圖 3 ：KER和帶電碎片含時演化
近代物理所博士研究生張弛軍是論文的第一作者。該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技項目，國家重點研發(fā)計劃，國家自然科學(xué)基金和廣東基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金的資助。
論文鏈接：Electric-dipole-momentum sensitive Coulomb explosion in doubly ionized CO dimer and trimer: An environmental effect at molecular-scale （https://doi.org/10.1063/5.0244051）
