東京工業大學Yasuhiro Oshima教授小組充分利用光控制分子運動的技術,成功地連續拍攝了以每秒1億次以上的速度旋轉的分子的圖像。這將是未來尖端材料研究不可或缺的測量技術。

 為了觀察分子的旋轉,需要在非常精細的時間尺度上拍照。這不足以每秒拍攝 1 萬幀,而這對於市售的高速相機來說是可能的。用每秒可照射2萬億次的激光,已經解決了幀數的問題。然而,為了觀察分子的旋轉,仍然需要弄清楚兩個問題。

一是不可能跟踪每一個以高速和分鐘旋轉的分子的運動。另一個是分子必須處於稀氣態。 第一項任務是找出可以通過在很短的時間內連續照射兩束激光來對齊旋轉方向。另一個挑戰可以通過連續照射第三個強大的激光來解決。暴露在強激光下的分子會從內部發射出多個電子。這時,構成分子的原子爆炸並分散成碎片。由於飛行方向與爆炸前的分子方向一致,因此可以通過檢測碎片來研究分子方向的分佈。通過創建分子以這種方式排列和旋轉的狀態,將它們一個一個地爆裂以使其成為氣體狀態,並對其進行檢查,我們成功地將分子的旋轉捕獲為運動圖像。

 這樣,就可以直觀地理解分子運動的本質。測量分子的運動也是利用分子特性的基礎。例如,在這些研究中,這些分子的旋轉可以用作在非常短的時間尺度上測量現象時的秒錶替代方案。
 
資料來源:[東京工業大學] 成功記錄分子旋轉運動達到每秒 1 億次的高分辨率視頻

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