科学家实现不对称陀螺分子的全光三维空间取向

华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室吴健教授团队与以色列魏兹曼研究所科学家合作，利用交叉偏振的飞秒双色激光场，首次实现了不对称陀螺分子的全光三维空间取向。相关研究成果已在线发表于《自然-通讯》（Nature Communications）。

激光诱导分子取向在许多领域有着非常重要的应用，无规则排列分子的平均效应会导致衍射图像的模糊，因此需要先将气体分子空间三维取向才能进行成像。作为激光诱导分子排列和取向领域的世界性难题，尤其是不对称陀螺分子乃至缺乏对称性的手性分子的全光三维空间取向，目前还没有效的实验手段能够实现。

吴健团队创新性地提出利用交叉偏振的双色飞秒脉冲来实现不对称陀螺分子的全光三维空间取向。在实验上，以二氧化硫分子为原型，将双色场的基频光和倍频光设置为正交偏振，匹配二氧化硫分子的极化分量。研究人员基于此前自主发展的飞秒符合成像技术，实现了对分子轴空间角分布的实时跟踪，在双色光场结束后，成功探测到了二氧化硫分子的三维空间取向。使得氧轴沿着基频光方向实现排列，硫轴沿着倍频光方向实现取向。“通过改变基频光和倍频光的光强比和偏振夹角，可以将该方法推广至不具有对称性的复杂分子。”吴健告诉《中国科学报》记者，理论上，通过经典的一维和三维蒙特卡洛模拟，发现了新的超极化对角耦合机制，能够与实验结果定量符合。

吴健表示，该发现有可能为基于x-射线自由电子激光器的分子成像技术以及激光诱导电子衍射实验提供超高的时空分辨率。