新突破！首次將二維光譜應用於分離分子系統
由弗萊堡大學物理研究所的Frank Stienkemeier教授和Lukas Bruder博士領導的研究小組首次將二維光譜應用於分離分子系統，從而在分子水平上更精確地追蹤相互作用過程。研究小組在科學期刊《自然通訊》上發表了他們的研究結果。原子和分子水平上的過程通常發生在非常短的時間尺度上，比十億分之一秒還快，而且是基於許多因素的相互作用。到目前為止，這使得破譯精確的微觀機制變得困難，例如光電轉換或光合作用的能量。
博科園-科學科普：相干二維光譜學涉及對一種材料發射的超短激光脈衝，這種方法使研究人員能夠跟蹤這些過程的動態。二維光譜提供的信息比其他方法多得多，加上飛秒範圍內的高時間解析度，即十億分之一秒的百萬分之一。然而由於技術原因，這種方法以前僅限於研究散裝液體或固體材料。在之前的實驗中，樣品非常複雜，這使得分離單個量子力學效應並精確研究它們變得極其困難。
在實驗準備過程中，科學家們在超高真空中產生了無摩擦的超流體氦液滴。這些液滴只有幾納米大小，作為一種基質，研究人員利用模塊化原理合成了實際的分子結構——換句話說，就是將分子組分一個接一個地組合起來。然後利用二維光譜對這些結構進行了研究。在實驗中結合了各種具體技術，極大地提高了二維光譜的測量靈敏度，通過這樣做有可能研究孤立的分子。
二維光譜描述了銣分子在不同顏色光譜下的光誘導反應。圖片：Lukas Bruder
在一項初步研究中，弗萊堡大學的科學家們以一種不同尋常的量子態，製造出了極其冷的銣元素分子，分子中的原子只有弱鍵，並分析了它們在氦環境影響下的光誘導反應。研究人員Stienkemeier說：我們的方法開闢了一系列的應用領域，特別是在光電領域，最終將有助於更好地理解基本過程。二維電子光譜(2DES)是最強大的光譜技術之一，對量子系統的耦合、相干特性和實時動力學具有獨特的靈敏度。在成功地應用於各種冷凝相樣品的同時，由於靈敏度不足，在氣相孤立系統上進行的高精度實驗一直無法實現。
然而這些實驗對於準確理解基本機制和避免誤解是必不可少的。在這裡通過在分子束型實驗中將2DES擴展到氦納米液滴分離製備的氣相分離納米系統中來解決這個問題。該方法在合成定製的、單體和多體量子態選擇的模型系統時具有很高的靈活性。在弱束縛Rb2和Rb3分子的模型研究中，我們展示了該方法在定製量子系統中闡明相互作用和動力學的獨特能力，從而也彌補了與超保守量子科學實驗的差距。
博科園-科學科普｜研究/來自：弗萊堡艾伯特路德維希大學
參考期刊文獻 :《自然通訊》
DOI: 10.1038/s41467-018-07292-w
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