Figur 1:Skillnad mellan elektronspridningstvärsnittet uppmätt (a) och beräknat (b) vid R =3,68 Å (motsvarande den yttre vändpunkten för vibrationsrörelsen) och R =2,78 Å (motsvarande den inre vändpunkten för vibrationsrörelsen) för ett I2-vibrationsvågpaket skapat genom fotoexcitering av B-tillståndet med en synlig laser med en våglängd på 555 nm. Skillnaden i spridningstvärsnittet visas som en funktion av den kinetiska energin hos den återvändande elektronen och vinkeln till vilken elektronen är spridd. Särskilt nära en spridningsvinkel på 180 grader (dvs för bakspridna elektroner) ses en stor skillnad mellan spridningstvärsnittet vid den geometri som motsvarar vibrationens inre och yttre vändpunkt. Med andra ord, de tidsberoende förändringarna i det internukleära avståndet känns igen i tidsberoende förändringar av de uppmätta elektronspridningstvärsnitten. Upphovsman:Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB)
Ett av de mångåriga målen med forskning om molekylernas ljusinducerade dynamik är att observera tidsberoende förändringar i molekylernas struktur, som är resultatet av absorptionen av ljus, så direkt och entydigt som möjligt. För detta ändamål, forskare har utvecklat och tillämpat en uppsjö av metoder. Särskilt lovande bland dessa tillvägagångssätt är flera metoder som utvecklats under de senaste åren som förlitar sig på diffraktion (av ljus eller elektroner) som medel för att koda de internukleära avstånden mellan atomerna som tillsammans bildar molekylen.
I en ny tidning ( Phys. Rev Lett . 125, 123001, 2020), forskare vid MBI under ledning av Dr Arnaud Rouzée har visat att filmer med hög upplösning om molekylär dynamik kan spelas in med elektroner som matas ut från molekylen genom ett intensivt laserfält. Efter stark fältjonisering, elektronerna som frigörs accelereras i allmänhet bort från molekylen under påverkan av det elektriska laserfältet. Dock, på grund av fältets oscillerande natur, en bråkdel av elektronerna drivs tillbaka till sin föräldermolekylära jon. Detta sätter scenen för en så kallad omkollisionsprocess, i vilken elektronen kan reabsorberas i molekylen (och där den absorberade energin frigörs i form av högenergifoton) eller sprider bort molekyljonen. Beroende på elektronens rörelseenergi, den kan vara tillfälligt instängd i en centrifugal potentialbarriär. Detta är en välkänd process vid elektronspridning och i enkelfonjoniseringsförsök, och kallas en formresonans. Rökpistolen för förekomst av en formresonans är en stor ökning av spridningstvärsnittet. Som namnet antyder, den rörelseenergi för vilken formresonansen uppstår är mycket känslig för formen på molekylär potential, och följaktligen till molekylstrukturen. Därför, formresonanser kan användas för att göra en film av en molekyl som genomgår ultrasnabb kärnkraftsarrangemang.
För att demonstrera denna effekt, laget på MBI spelade in en film av den ultrasnabba vibrationsdynamiken för foto-upphetsad I 2 molekyler. En första laserpuls, med en våglängd i den synliga delen av våglängdsspektret, användes för att förbereda ett vibrationsvågpaket i molekylens elektroniska B-tillstånd. Denna laserpuls följdes av en sekund, väldigt intensivt, tidsfördröjd laserpuls, med en våglängd i den infraröda delen av våglängdsspektret. Elektronmomentfördelningar efter stark fältjonisering av den andra laserpulsen registrerades vid olika tidsfördröjningar mellan de två pulserna, motsvarande olika bindningsavstånd mellan de två jodatomerna. En stark variation av det laserdrivna elektronrescatterande tvärsnittet observerades med fördröjning, som otvetydigt skulle kunna tilldelas en förändring av formresonansenergispositionen (se fig. 1) inducerad av vibrationsvågpaketets rörelse. Som sådan, detta arbete introducerar nya möjligheter för att undersöka fotoinducerad molekylär dynamik med både hög tidsmässig och rumslig upplösning.
