ECNU主页 | 在线投稿
您的位置: 首页  人物

他与诺奖得主合作!魏启:强激光场中He2分子的摆动准直和强化学键


发布时间:2018-10-24

  近期,我校精密光谱科学与技术国家重点实验室魏启副教授在强场物理研究方面取得重要进展,相关成果以“Pendular alignment and strong chemical binding are induced in helium dimer molecules by intense laser fields”为题在线发表于国际著名期刊《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS)。

国际著名期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)刊发我校魏启副教授的进展成果

  该工作由华东师范大学的魏启副教授,美国普渡大学的Sabre Kais教授,日本京都大学的Tomokazu Yasuike教授和诺奖得主、哈佛大学的Dudley Herschbach 教授合作完成,华东师范大学为第一完成单位,魏启副教授为本文的第一作者及通讯作者,Dudley Herschbach教授为共同通讯作者。这项工作发现强激光场不但可以让分子空间准直,还能够显著增强分子内部的化学键。这为激光场中分子调控、化学反应的超快行为和光催化开辟了新的途径。“Dudley Herschbach教授是我的博士后导师,这是我们此前合作研究的继续。”魏启说。

我校精密光谱科学与技术国家重点实验室魏启副教授

  我们周围的一切是由原子和分子组成的,而分子内部的原子之所以能够结合在一起形成分子,就是因为原子之间存在相互作用,这种相互作用就称为化学键。化学键是分子的固有属性,一旦分子结构确定,则内部每一个化学键的性质都是唯一确定的。在所有化学键中,最弱的是氦的双原子分子中(He2)的He-He键。这个键比第二弱的化学键(He-Ne)还要弱2000倍;比普通化学键弱100000000倍。所以从上世纪20年代开始,He2分子一直都受到物理学家和化学家的特别关注。另外,得益于啁啾脉冲技术的发展,强激光场已经在实验室中得以实现,强激光变成研究原子分子的重要工具,并且形成了新的研究方向。对激光场中的He2分子而言,以往的研究根据激光强度的不同分成两个方向:在激光场强度不足以电离电子的前提下,通过极化率的各向异性来让He2分子进行动态准直;在超强激光中,电子进入Kramers-Henneberger缀势态,结合内部库仑作用从而在两个He原子之间形成很强的化学键。在过去的研究中,第一个方向只研究激光场对He2分子的空间转动而从不考虑激光场对He-He化学键的影响。第二个方向则是基于高频弗洛凯理论的预言,几十年的时间里从未有人提出可行的方案进行实验验证。

  鉴于此,魏启和Dudley Herschbach等对He2分子的这个工作根据激光强度的不同分成两个部分:(1)在非共振弱激光场中,通过极化率的各向异性来让分子进行空间准直,从而形成摆动态;(2)在高频超强激光场中,电子进入缀势态,从而在两个He原子之间形成很强的化学键,通过借助一个电子激发态,提出一个从光谱上进行验证的实验方法。

激光场中He2分子的径向和角向2维势能面以及摆动态基态能级(上图)和相应的波函数(下图)

高频超强激光场中,He2分子缀势电子基态和激发态的径向和角向2维势能面

  在第一部分的工作中,魏启和Dudley Herschbach等根据激光脉冲的长短,对He2分子的激光空间准直进行了分类研究。在短激光脉冲激光场中,He2分子会从激光场获得角动量,由于He2分子键的极端脆弱性,He2分子会因转动而解离,这个过程称为非绝热准直;在长脉冲激光场中,He2分子会因极化率的各向异性而进入摆动态,这个过程称为绝热准直。He2分子的绝热准直以前从未被研究过,魏启和Dudley Herschbach等通过对He2分子摆动态的精确计算。并提出了切实可行的实验方案,从而填补了这个领域的空白。

  在第二部分的工作中,魏启和Dudley Herschbach等提出了以光谱的方法来验证Kramers-Henneberger态的He2分子,这个光谱来自电子基态和激发态之间的跃迁。以往的研究集中在电子基态,通过理论计算,科学家们意识到强激光场中基态He2分子内部存在很强的化学键,但是一直没有人提出可行的实验方案来验证。魏启和Dudley Herschbach等提出可以采用光谱的方法来进行验证。他们精确计算了在不同激光参数下He2分子势能面和相应的光谱谱线,并给出了优化的激光参数从而为下一步的实验验证奠定理论基础。这项研究工作对激光场中分子调控、化学反应的超快行为和光催化等领域有着重要意义。


来源|精密光谱科学与技术国家重点实验室  编辑|郭文君



作者: | 信息来源:新闻网 | 浏览次数:762

更多
热门文章
大夏学术网
智慧的创获,品性的陶熔,民族和社会的发展
Creativity, Character, Community

华东师范大学首页