科研進(jìn)展
科學(xué)家首次揭示分子電偶極矩在庫侖爆炸中的關(guān)鍵作用
近日，由中國科學(xué)院近代物理研究所原子物理中心張瑞田研究員團隊主導，與天津大學(xué)、捷克布拉格理工大學(xué)以及中山大學(xué)合作，在《化學(xué)物理雜志》上發(fā)表了一項最新研究成果。該研究通過(guò)高精度實(shí)驗與分子動(dòng)力學(xué)模擬，首次揭示了分子電偶極矩（EDM）在一氧化碳（CO）二聚體和三聚體庫侖爆炸過(guò)程中的關(guān)鍵作用。這一發(fā)現為分子尺度上的環(huán)境效應研究提供了新視角。
圖 1：CO分子二聚體和三聚體的構型
分子電偶極矩是衡量分子中電荷分布不對稱(chēng)性的關(guān)鍵參數，對理解分子行為至關(guān)重要。此次實(shí)驗在近代物理所320kV低能高電荷態(tài)離子綜合電子書(shū)離子源平臺完成。研究團隊利用40 keV能量Ar2+離子束與CO團簇（二聚體和三聚體）碰撞，通過(guò)冷靶反沖離子動(dòng)量譜儀精確捕捉了帶電分子團簇的庫侖爆炸過(guò)程,并測量動(dòng)能釋放（KER）分布情況。實(shí)驗結果顯示，爆炸過(guò)程中動(dòng)能釋放（KER）分布與傳統的點(diǎn)電荷模型預測存在顯著(zhù)差異，核間距與動(dòng)能釋放之間的關(guān)系需要更高階的近似模型來(lái)解釋。
圖 2 ：冷靶反沖離子動(dòng)量譜儀裝置
為了解釋這一實(shí)驗現象，科研人員在傳統的點(diǎn)電荷模型基礎上，引入了更高階的電荷分布模型，并特別考慮了CO+的電荷分布和電偶極矩。結果表明，偶極作用誘導了CO?碎片的轉動(dòng)激發(fā)。這種能量傳遞機制充分解釋了實(shí)驗與理論之間的差異，同時(shí)揭示了庫倫爆炸過(guò)程偶極相互作用誘導的CO?碎化。
下一步，研究團隊計劃將這一研究方法擴展到其他分子體系，探索不同分子結構和電荷分布在庫侖爆炸過(guò)程中的影響。同時(shí)，通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗技術(shù)和模擬方法，進(jìn)一步揭示分子尺度上的環(huán)境效應，為離子輻照生物和天體環(huán)境生命分子合成等相關(guān)研究領(lǐng)域的復雜微觀(guān)機理提供了重要的基準理論支持和實(shí)驗依據。
圖 3 ：KER和帶電碎片含時(shí)演化
近代物理所博士研究生張弛軍是論文的第一作者。該研究得到中國科學(xué)院戰略性先導科技項目，國家重點(diǎn)研發(fā)計劃，國家自然科學(xué)基金和廣東基礎和應用基礎研究基金的資助。
論文鏈接：Electric-dipole-momentum sensitive Coulomb explosion in doubly ionized CO dimer and trimer: An environmental effect at molecular-scale （https://doi.org/10.1063/5.0244051）
