近日，中科院大連化學(xué)物理研究所分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊學(xué)明院士的團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)HD分子的高效相干布居轉(zhuǎn)移研究中取得重要進(jìn)展，研究論文“Highly Efficient Pumping of Vibrationally Excited HD Molecules via Stark-Induced Adiabatic Raman Passage”發(fā)表在The Journal of Physical Chemistry Letters（J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 368-371）上。
氫是宇宙中最豐富、最簡(jiǎn)單的化學(xué)元素，涉及了許多重要的化學(xué)過(guò)程。一些氫分子與自由基的反應(yīng)，如H + H2、F + H2、OH + H2等，被視作樣板反應(yīng)而深入研究，加深了人們對(duì)化學(xué)反應(yīng)的理解。由于缺乏產(chǎn)生高密度的振動(dòng)激發(fā)的H2分子束，絕大部分研究局限于H2振動(dòng)基態(tài)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在實(shí)際的燃燒過(guò)程、大氣化學(xué)以及星際化學(xué)涉及到的H2的反應(yīng)中，相當(dāng)一部分H2是以振動(dòng)激發(fā)的形式參與反應(yīng)的，因此研究處于振動(dòng)基態(tài)的H2的反應(yīng)特性，只能讓我們了解化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)側(cè)面。
從分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，反應(yīng)物分子的初始振動(dòng)激發(fā)，如何演化到產(chǎn)物分子的內(nèi)部坐標(biāo)，并影響反應(yīng)速率和能量分配，是反應(yīng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的核心問(wèn)題之一。從實(shí)驗(yàn)上研究不同激發(fā)態(tài)分子的反應(yīng)性質(zhì)具有非常重要的意義，有助于加深我們對(duì)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的理解，促進(jìn)相關(guān)理論模型的發(fā)展，使我們有可能通過(guò)控制反應(yīng)物分子的激發(fā)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控。
研究振動(dòng)激發(fā)的氫分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性，首要的挑戰(zhàn)就是如何高比率地制備處于特定振動(dòng)激發(fā)態(tài)的氫分子。傳統(tǒng)的紅外單光子吸收和受激拉曼技術(shù)由于受到自發(fā)輻射效應(yīng)和相干布居返回效應(yīng)的限制，理論激發(fā)比率小于50%，實(shí)際能達(dá)到的比率更低。研究人員使用自行搭建的一套窄線寬、高脈沖能量的激光系統(tǒng)，利用斯塔克誘導(dǎo)的絕熱拉曼通道（SARP, Stark-Induced Adiabatic Raman Passage）技術(shù)，成功地將分子束中的HD分子從振動(dòng)基態(tài)(v = 0, J = 0)轉(zhuǎn)移至激發(fā)態(tài) (v = 1, J = 0)，激發(fā)比例超過(guò)90%，在實(shí)驗(yàn)上首次驗(yàn)證了利用SARP技術(shù)，在分子束中制備振動(dòng)激發(fā)的氫及其同位素分子是一種可行的方法。該方法可以推廣至其它具有拉曼活性的分子，將為交叉分子束和分子束-表面散射實(shí)驗(yàn)研究氫等分子的振動(dòng)激發(fā)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響提供一個(gè)獨(dú)特的工具。
該自制OPO/OPA和激發(fā)系統(tǒng)已申請(qǐng)專利。以上研究得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中科院相關(guān)項(xiàng)目的資助。
大連化物所在實(shí)現(xiàn)氫分子的高效相干布居轉(zhuǎn)移研究中取得新進(jìn)展
