科學家首度直接觀測到複雜分子中原子的零點運動

编辑者: Vera Mo

一個由法蘭克福歌德大學、馬克斯普朗克核物理研究所及歐洲XFEL組成的國際研究團隊,於2019年進行的測量活動中,成功首次直接觀測到複雜分子中原子的零點運動,此現象指原子即使在絕對零度下也會持續振動。研究團隊利用歐洲XFEL的高強度、超短X射線脈衝,結合「庫侖爆炸成像」技術,分析了由十一個原子組成的碘吡啶分子在強烈X射線脈衝下的爆炸碎片,重建了分子的原始結構,並揭示了原子以耦合方式遵循固定模式振動。法蘭克福大學的Jahnke教授表示,最令人興奮的部分是能看到原子並非獨立振動,而是以耦合方式進行。這項研究的數據實際上來自2019年的測量,研究團隊與漢堡自由電子雷射科學中心的理論物理學家合作開發了新的分析方法,才得以從數據中提取量子信號。

這項進展為理解量子現象提供了新視角,並展示了法蘭克福開發的COLTRIMS反應顯微鏡的強大能力。研究結果發表於《Science》期刊,預計將深化對分子動力學的理解,對材料科學和量子計算等領域產生深遠影響。碘吡啶分子擁有高達27種不同的振動模式,使得中等大小分子的分析極具挑戰性,但歐洲XFEL前所未有的功率使得詳細成像成為可能,為未來研究更大規模分子及其內部運動的「電影」開闢了道路。

來源

  • The Debrief

  • European XFEL - Wikipedia

  • Phys.org

  • European XFEL Publications 2025

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