東京工業大學大島泰弘教授領導的研究小組充分利用用光控制分子運動的技術,成功捕捉到每秒超過1億次旋轉的分子的連續圖像。未來,它將成為尖端材料研究必不可少的測量技術。

 為了觀察分子的旋轉,需要在非常精細的時間尺度上拍攝圖像。這對於商用高速相機每秒 1 萬幀的速度來說是遠遠不可能的。每秒可照射2萬億次的激光已經解決了幀數問題。然而,為了觀察分子旋轉,仍然有兩個問題需要克服。

一是不可能跟踪每個高速微小旋轉的分子的所有運動。另一點是分子必須處於稀氣態。 對於第一個問題,我們已經發現可以通過在很短的時間內連續照射兩束激光來對準旋轉方向。通過連續照射第三束強激光解決了另一個挑戰。暴露在強大激光下的分子從內部發射出多個電子。此時,組成分子的原子爆炸並分散開來。由於飛行方向與爆炸前分子的方向一致,因此我們可以通過檢測碎片來研究分子方向的分佈。這樣,通過創造一種分子排列和旋轉的狀態,然後將它們一一破裂並在氣態下進行檢查,我們成功地將分子的旋轉拍攝為視頻。

 這樣,就可以直觀地理解分子運動的本質。此外,測量分子的運動是利用分子性質的基礎。此類研究,例如這些分子的旋轉,可能會成為在非常短的時間尺度上測量現象的秒錶替代品。
 
資料來源:【東京工業大學】成功捕捉每秒1億次的分子旋轉運動的高分辨率視頻

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