东京工业大学的大岛康弘教授团队充分利用光控制分子运动的技术,成功地连续拍摄了以每秒 1 亿次或更多的速度旋转的分子。它将成为未来尖端材料研究不可或缺的测量技术。
为了观察分子的旋转,需要在非常精细的时间尺度上拍照。这对于每秒拍摄 1 万帧来说是不够的,而使用市售的高速相机是可以做到的。每秒可以照射2万亿次的激光,已经解决了帧数的问题。然而,为了观察分子的旋转,仍然需要解决两个问题。
一是不可能跟踪每一个高速和微小旋转的分子的运动。另一个是分子必须处于稀气态。 第一个任务是找出可以通过在很短的时间内连续照射两束激光来对齐旋转方向。另一个挑战可以通过连续照射第三个强大的激光来解决。暴露在强大激光下的分子会从内部发射多个电子。此时,构成分子的原子会爆炸并散落成碎片。由于飞行方向与爆炸前的分子取向一致,因此可以通过检测碎片来研究分子取向的分布。通过创造分子以这种方式排列和旋转的状态,将它们一个一个地爆裂成气体状态,并检查它们,我们成功地将分子的旋转捕获为运动图像。
通过这种方式,可以直观地理解分子运动的本质。测量分子的运动也是利用分子特性的基础。例如,在这些研究中,这些分子的旋转可以用作在很短的时间尺度上测量现象时的秒表替代方案。
资料来源:[东京工业大学] 分子旋转运动达到每秒1亿次的高分辨率视频录制成功