長期以來,科學家(jiā)一直期(qī)望能夠(gòu)觀察到物質狀態改變時的內部原子運(yùn)動,為實現這一目標,必(bì)須使用0.1萬億分之一秒(0.000 000 000 000 1秒,即100飛秒)的慢成像技術來拍攝這樣的超快速運動,這種技術還必須(xū)能夠捕捉比原(yuán)子間距(jù)更小的細部(相當於一根頭發(fā)厚度的百萬分之一)。近日,德國馬普(pǔ)結構動力學研究小組和自由電子激光中心(CFEL)的研究團隊合作拍(pāi)攝到了一個離子型(xíng)分子晶體在激光照射(shè)後由電絕緣體變為導體的全過程。
2003年該研究小組首次(cì)拍攝了這一類型的分子影像(xiàng)。隨著技術的不斷進步和電子源亮度(dù)的不斷升(shēng)級,科學家現在已經可以拍攝複雜有機分子中的原子運動。為了示(shì)範這一技術的進步,研究者選擇了(le)一種名為乙烯-二氧基-四硫富瓦烯(EDO-TTF)的有機(jī)結晶進行(háng)實驗。該晶體在零攝氏度以上會失去導電性,但(dàn)是強激光脈衝會導致(zhì)其內部的分子重組,進而使晶體重新具有導電性,並因此可被(bèi)用作光(guāng)學開關。該影像清晰顯示了電子脈衝照射後(hòu)的原子是如何(hé)沿著三(sān)個(gè)不同的軌道坐標有序地重新排列的。
科學家們認為,這一技術有助(zhù)於人們更好地掌(zhǎng)握物質的結構和性質,但他們的目標不止於此。他們更加雄心勃勃地希望將(jiāng)這一技術應用於包括蛋白質和DNA鏈在內的生物大分子(zǐ)成像,以期在醫療和生物技術方麵得到應用。為此,CFEL的合作夥伴德國電(diàn)子同步(bù)加速器研究所(DESY)製作了(le)用於原子探索的相對論電子槍(qiāng)REGAE(Relativistic Electron Gun for Atomic Exploration),它能產(chǎn)生能量更高的電子(zǐ),使圖像更加清晰,射穿厚度更高的實驗樣品,也增加了(le)影像在時間和空(kōng)間上的準確性。
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