格拉茨理工大学的研究人员首次成功实时观测到单个原子聚集形成团簇的过程，并揭示了其中涉及的能量传递机制。研究人员利用超流氦液滴将镁原子隔离在极低温环境下，然后使用激光脉冲触发原子团簇的形成。通过飞秒级的时间分辨率，他们追踪了原子间的聚集过程和能量传递，发现能量在原子团簇内部转移，形成能量池。这项研究为理解化学反应提供了新的视角，并为光医学和太阳能利用等领域的研究提供了参考。

🔬 研究团队利用超流氦液滴将镁原子隔离在极低温环境下，模拟了原子聚集的环境。超流氦液滴的功能类似于超低温“纳米冰箱”，将单个镁原子隔离在0.4开尔文的极低温度下，并使它们之间的距离保持在约百万分之一毫米。

⚡️ 研究人员使用激光脉冲引发镁原子的聚集，并以飞秒级的时间分辨率追踪了原子间的聚集过程和能量传递。通过光电子能谱和光离子能谱，他们观察了激光脉冲触发的这些过程。

💡 研究发现，当镁原子结合形成团簇时，它们将从第一个激光脉冲接收到的激发能量转移到团簇中的单个原子，从而使其达到更高的能态，形成了“能量池”现象，这是首次以时间分辨率演示能量池现象。

🔬 研究结果为理解化学反应提供了新的视角，并为未来在光医学或太阳能利用等领域的研究提供了参考，研究人员希望这种方法能适用于更大范围的元素，成为基础研究中一种普遍适用的方法。

格拉茨理工大学（TU Graz）实验物理研究所的马库斯·科赫（Markus Koch）领导的研究小组首次实时观察了单个原子如何聚集形成团簇，以及其中涉及哪些过程。为此，研究小组首先使用超流氦分离镁原子，然后使用激光脉冲引发其形成。

研究人员以飞秒级（1飞秒等于1千万亿分之一秒）的时间分辨率追踪了原子间的聚集过程和能量传递。他们的研究成果最近发表在《通讯化学》杂志上。

马库斯·科赫解释说：“通常情况下，镁原子会瞬间形成紧密的键，这意味着观察键形成过程没有明确的起始构型。” 为了克服这一在实时观察化学反应中常见的挑战，研究人员在实验中使用了超流氦液滴。

这些液滴的功能类似于超低温“纳米冰箱”，将单个镁原子隔离在0.4开尔文（相当于-272.75摄氏度，或仅比绝对零度高0.4度）的极低温度下，并使它们之间的距离保持在约百万分之一毫米。“这种配置使我们能够用激光脉冲启动团簇的形成，并对其进行精确的实时跟踪，”在博士研究期间进行该实验的迈克尔·施塔德尔霍费尔（Michael Stadlhofer）说道。

研究人员利用光电子能谱和光离子能谱观察了激光脉冲触发的这些过程。当镁原子结合形成团簇时，第二个激光脉冲使它们电离。通过分析产生的离子和释放的电子，Markus Koch 和他的团队能够详细地重建事件的顺序。

Markus Koch 在格拉茨工业大学实验物理研究所的飞秒激光实验室。图片来源：Lunghammer/格拉茨工业大学

这里的一个关键发现是能量池。当几个镁原子相互结合时，它们将从第一个激光脉冲接收到的激发能量转移到团簇中的单个原子，从而使其达到更高的能态。这是首次以时间分辨率演示能量池现象。

“我们希望氦液滴内部的这种原子分离也能适用于更大范围的元素，从而成为基础研究中一种普遍适用的方法，”Markus Koch 说道。“此外，关于能量汇集的发现可能与各种应用领域的能量转移过程相关，例如在光医学或太阳能利用领域。”

编译自/scitechdaily