加拿大国家研究委员会（NRC）的David villeneuve（维伦钮夫）和同事近日首次成功地为分子中的单个电子的波函数（轨道）造影。在实验中他们使用飞秒激光成功地拍下了氮分子最外层轨道的图像。（来源：J Itatanni et.al. 2004 Nature 432 867）这些外围电子决定了分子的化学性质。
    Villeneuve说：“大部分研究分子结构的技术诸如X射线衍射和电子散射测量都是研究全体电子。我们现在能够将氮的外围电子单独拿来研究。更进一步的是我们直接研究的是波函数的本身而不是通常的波函数的平方。” Villeneuve他们在实验中用到两个激光脉冲：第一束激光将分子在一个固定的方向上固定，然后用另外一束持续30飞秒的激光将氮分子的围电子移走。在大约1.3飞秒之后该电子在第二束激光的尾迹电场中加速回到原分子并与之相撞。这个过程会释放X射线光子并被检测到。
    通过变化分子和激光束所成的角度，科学家们可以构造出氮分子的外围电子轨道3维图形。在这一技术中用到了一个数学模型使X射线放射谱与分子外层电子轨道的形状来对应，这个模型与医学层断造影技术中用到的模型类似。
    Villeneuve说：“由于成像过程只有30飞秒，我们可以解读简单的分子过程，如裂解，我们期望能看到分子裂解时电子轨道发生的变化。这可以为我们对化学反应中化学键的结合与打破产生进一步的理解。”利用这个技术还可以观察电子在埃秒尺度内的运动。
图为氮分子外围三叶状电子云

本网编辑canicula摘译自physicsweb

转自:中国物理教育网新闻