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《Nature》研究快报发表我院郝亚江副教授合作研究成果

来源:本站原创 编辑:数理学院 时间:2017年06月06日 点击:

  近日,我院物理系郝亚江副教授参与的《多原子分子对超强X射线的动力学响应》研究取得了新进展,相关成果最近以研究快报发表在Nature杂志。

  X射线自由电子激光(X-ray Free Electron LaserXFEL)是最新一代光源,由于具有亮度高、脉冲短和相干性等独特的性质,可用于研究复杂物质的结构和动力学,众多科学家期待其在材料和生物科学等领域产生革命性的影响。目前已经有美国、欧洲和日本等地的多个光源在运行,国内也有多个光源在建或筹备。

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  超强X射线的光子能量非常之高(如8300电子伏特),足以使原子和分子的内层电子被激发,甚至发生离子化释放出来,以及随之发生一系列复杂的电子和原子核的动力学过程。在近期的工作中[1],研究人员用强度达到10的20次方瓦特/平方厘米的超强X射线照射CH3I分子,发现分子被高度离子化,62个电子中的54个都被光子“踢”出了分子,得到高荷电分子。事实上,与I原子相比,C原子和H原子的散射截面非常之小,以至于X射线不会直接和他们相互作用,而只与I原子作用。作用的结果是I原子中的47个电子被“踢”出,在此过程中,甲基一侧的电子会向I原子运动,以致分子被进一步离子化,达到较高电荷态,I原子就好比一个电磁学版的黑洞,不停地吸引电子向自己靠拢。

  该工作的实验由美国SLAC国家加速器实验室的自由电子激光光源LCLS完成,而理论分析由德国汉堡自由电子激光中心(CFEL)的Robin Santra研究组发展的第一性原理计算程序XMOLECULE完成,该程序是为了研究强X射线与分子相互作用而专门设计的,它可以帮助我们了解整个物理过程发生的细节。

  我院物理系郝亚江老师参与了XMOLECULE的设计[2],并作为合作作者在Nature论文中署名。这是我院物理系教师第一次于《Nature》上发表学术论文,对于我院研究工作的开展具有重要意义。

 

[1] Femtosecond response of polyatomic molecules toultra-intense hard X-rays. Nature 546, 129 (2017).

[2] Efficient electronicstructure calculation for molecular ionization dynamics at high x-ray intensity.Struct. Dyn.2, 041707 (2015).