利用YAG激光電場時的分子排列控制 YAG激光關(guān)閉時碘分子朝向各種方向（上）。YAG激光打開時碘分子的方向沿著電場方向統(tǒng)一，并且碘分子的原子間距伸長（下）（摘自KEK的新聞發(fā)布資料，下同） （點(diǎn)擊放大）		光電子衍射裝置的概念圖 利用與脈沖YAG激光同步的XFEL脈沖使光子電從碘分子釋放出來后，分子鍵被切斷，作為碘離子分離出來。使用上部的檢測器觀測光電子的二維衍射像，使用下部的檢測器觀測分離離子的二維圖像 （點(diǎn)擊放大）

對于朝向隨機(jī)方向的氣相分子，光電子釋放方向的信息容易在分子的方向上平均化，無法獲得光電子衍射像。因此，此次在實(shí)驗(yàn)中向氣相的碘分子（I₂）照射了YAG激光，利用該激光的電場統(tǒng)一了I₂的方向。之后，照射了在時間及空間上完全與YAG激光重疊的XFEL脈沖，檢測了從I₂內(nèi)的碘原子（I）釋放出來的I 2p軌道的X射線光電子衍射像。

光電子衍射像的實(shí)驗(yàn)與理論的比較 （a）光電子衍射像的實(shí)驗(yàn)值與理論值的殘差通過將原子間距與平衡構(gòu)造的偏離作為x軸、將離子化能與實(shí)際值的差值作為y軸來表現(xiàn)。在區(qū)域A，殘差最小，在區(qū)域B，殘差最大。（b）光電子衍射像的角度分布。直線表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，紅線表示區(qū)域A的理論結(jié)果，藍(lán)線表示區(qū)域B的理論結(jié)果，兩端的箭頭表示YAG激光及XFEL的偏光矢量（電場方向）方向 （點(diǎn)擊放大）

為了確立YAG激光電場中的I₂的結(jié)構(gòu)（原子間距），研究小組將所測定的光電子衍射像與將I 2p軌道的離子化能和原子間距為參量的光電子衍射理論的計算結(jié)果做了比較。然后以二維圖來表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果之差，結(jié)果表明，YAG激光電場中的I2的原子間距在激光電場作用下鍵合變?nèi)?，因此與平衡構(gòu)造的I₂的原子間距相比伸長了10％，也就是0.2～0.3埃（10^-10m）。

雖然此次使用的是紅外脈沖YAG激光，但通過導(dǎo)入激發(fā)光化學(xué)反應(yīng)的泵浦用短脈沖激光，便有望使超高速光化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)可視化。該成果使光化學(xué)反應(yīng)在時間空間上終極可視化的“分子電影（Molecular Movie）朝著實(shí)現(xiàn)的方向前進(jìn)了一大步。今后研究小組的目標(biāo)是利用飛秒X射線光電子衍射法來查明超高速分子光化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)，探索反應(yīng)控制方法。

此次研究成果已發(fā)表在在線科學(xué)雜志《科學(xué)報告》（Scientific Reports）2016年12月9日刊。（特約撰稿人：工藤 宗介）