为了揭示光与分子相互作用的方式，首先需要追踪电子动力学，这是在阿秒时间尺度上发展的。这种动力学的第一步被称为电荷迁移（CM）。在涉及光-物质相互作用的化学反应和生物功能中，CM起着重要作用。多年来，由于需要极高的空间（埃）和极快的时间（阿秒）分辨率，以电子的自然时间尺度可视化CM一直是超快科学中的一项巨大挑战。
在实验中，CM对分子轨道和取向的敏感依赖使得CM动力学变得复杂且难以追踪。关于分子CM仍有一些未解之谜。其中一个最基本的问题是：电荷在分子中迁移的速度有多快？尽管在过去的十年中，通过使用时间相关的量子化学方法，分子CM在理论上得到了广泛研究，但由于极端挑战，实际测量CM速度仍然难以实现。
据《先进光子学》报道，华中科技大学（HUST）的研究团队与堪萨斯州立大学和康涅狄格大学的理论团队合作，最近提出了一种高谐波光谱（HHS）方法来测量碳链分子丁二炔（C4H2）的CM速度。
HHS的原理基于高阶谐波的三步模型：离子生成（HHG）包括电离、加速和复合。首先，强磁场离子化在离子中产生空穴波包，然后在激光场中演化，并在复合时刻被返回的电子波包探测，在产生的谐波中记录空穴动态光谱。研究人员将双色HHS方案与先进的机器学习识别相结合的重构算法用C语言构建了CM4H2在分子的每一个空间固定角的最基本层面。该方法的时间分辨率为50as。
通过反演随时间变化的空穴密度，确定了电荷中心的运动。从那里，CM速度被量化，大约是每飞秒几埃。此外，还揭示了CM速度与分子取向角相对于激光偏振的关系。在激光控制下，CM比无场CM速度更快。这项工作首次提供了一个关于分子中CM速度的实验推导的答案。
华中科技大学物理学院教授兰鹏飞表示：“这项工作为分子中的CM动力学提供了深入的见解，并可以加强我们对这些超快动力学的理解。”兰指出，通过分子排列来控制CM速度也表明了一种很有希望的方法来操纵化学反应的速度——这是他的团队在不久的将来要探索的一条途径。
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希望本篇文章《首个实验研究揭示分子电荷迁移速度的测量》能对你有所帮助！
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