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(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，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(xiàng)最新研究成果。該研究通過高精度實(shí)驗(yàn)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程中的關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)為分子尺度上的環(huán)境效應(yīng)研究提供了新視角。

圖 1：CO分子二聚體和三聚體的構(gòu)型

分子電偶極矩是衡量分子中電荷分布不對稱性的關(guān)鍵參數(shù)，對理解分子行為至關(guān)重要。此次實(shí)驗(yàn)在近代物理所320kV低能高電荷態(tài)離子綜合電子書離子源平臺(tái)完成。研究團(tuán)隊(duì)利用40 keV能量Ar²⁺離子束與CO團(tuán)簇（二聚體和三聚體）碰撞，通過冷靶反沖離子動(dòng)量譜儀精確捕捉了帶電分子團(tuán)簇的庫侖爆炸過程,并測量動(dòng)能釋放（KER）分布情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，爆炸過程中動(dòng)能釋放（KER）分布與傳統(tǒng)的點(diǎn)電荷模型預(yù)測存在顯著差異，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(yàn)現(xiàn)象，科研人員在傳統(tǒng)的點(diǎn)電荷模型基礎(chǔ)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(jié)果表明，偶極作用誘導(dǎo)了CO?碎片的轉(zhuǎn)動(dòng)激發(fā)。這種能量傳遞機(jī)制充分解釋了實(shí)驗(yàn)與理論之間的差異，同時(shí)揭示了庫倫爆炸過程偶極相互作用誘導(dǎo)的CO?碎化。

下一步，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將這一研究方法擴(kuò)展到其他分子體系，探索不同分子結(jié)構(gòu)和電荷分布在庫侖爆炸過程中的影響。同時(shí)，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(yīng)，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(fù)雜微觀機(jī)理提供了重要的基準(zhǔn)理論支持和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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(zhàn)略性先導(dǎo)科技項(xiàng)目，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國家自然科學(xué)基金和廣東基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)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）