2022年8月6日，《自然∙通讯》(Nature Communications)在线发表了陆培祥教授创新研究群体在利用高次谐波光谱探测分子超快电荷迁移方面取得的的最新研究成果《Filming movies of attosecond charge migration in single molecules with high harmonic spectroscopy》。

分子内部的电荷迁移是化学反应发生的根本原因。追踪这一超快过程对于理解甚至操控超快微观化学反应过程有着十分重要的意义。然而分子内部电子的运动时间尺度在阿秒（10^-18秒）量级，如何实现如此之高的时间分辨率一直是强场物理的重要挑战。飞秒激光与分子相互作用产生的高次谐波辐射携带了丰富的分子结构以及动力学信息，其内在的“自探测”以及“阿秒啁啾”特性为实现阿秒时间分辨的超快探测提供了有效途径。然而目前分子高次谐波实验中，由于无法实现完美分子排列，实验测量信号为排列在不同角度下分子辐射谐波相干平均的结果，不能真实反应单分子的动力学信息。

针对这一问题，兰鹏飞等创新性地提出将机器学习与高次谐波自探测方法相结合，直接从实验测量的平均信号中准确提取了单分子高次谐波偶极辐射信息。同时结合双色光驱动方案，对分子内部多轨道动力学进行分解，进而在单分子层面拍摄了N₂和CO₂分子内部电荷迁移过程，拍摄时间分辨率达到50阿秒，这是目前关于分子电荷迁移电影时间分辨率最高的实验结果。研究结果同时揭示了分子排列角对电荷迁移过程的影响。

图1：利用高次谐波光谱实验重构的CO2分子平行外部激光场时内部的电荷迁移过程。

论文第一作者为青年教师何立新副教授，通讯作者为兰鹏飞教授和陆培祥教授。论文研究工作得到了美国堪萨斯州立大学C. D. Lin教授的大力支持，同时获得了基金委创新研究群体、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

论文连接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32313-0