为了深入理解光与分子之间的相互作用，首先需要对电子的动态行为进行追踪，这一过程发生在阿秒级的时间尺度上。电荷迁移（CM）是这一动态行为的首要步骤。在光与物质相互作用的化学反应及生物功能中，CM扮演着至关重要的角色。多年来，由于需要极高的空间（埃）和极快的时间（阿秒）分辨率，以电子的自然时间尺度观察CM一直是超快科学领域的一大挑战。
在实验中，CM对分子轨道和取向的高度敏感性使得CM的动态过程变得复杂且难以追踪。关于分子CM仍然存在一些未解之谜。其中一个最基本的问题是：电荷在分子中迁移的速度究竟有多快？尽管在过去十年中，借助时间相关的量子化学方法，分子CM在理论上得到了广泛的研究，但由于面临极大的挑战，实际测量CM速度依然困难重重。
根据《先进光子学》的报道，华中科技大学（HUST）的研究团队与堪萨斯州立大学和康涅狄格大学的理论团队合作，最近提出了一种高谐波光谱（HHS）方法，用于测量碳链分子丁二炔（C4H2）的CM速度。
HHS的原理基于高阶谐波的三步模型：离子生成（HHG）过程包括电离、加速和复合。首先，强激光场使离子化产生空穴波包，随后在激光场中演化，并在复合时刻被返回的电子波包探测，最终在生成的谐波中记录空穴动态光谱。研究人员结合双色HHS方案与先进的机器学习识别重构算法，使用C语言构建了CM4H2在分子每个空间固定角度的基本层面。该方法的时间分辨率为50as。
通过反演随时间变化的空穴密度，研究人员确定了电荷中心的运动轨迹。由此，CM速度被量化，约为每飞秒几埃。此外，还揭示了CM速度与分子取向角相对于激光偏振之间的关系。在激光控制下，CM的速度比无场情况下更快。这项研究首次为分子中CM速度的实验推导提供了答案。
华中科技大学物理学院的教授兰鹏飞表示：“这项研究为分子中的CM动态提供了深刻的见解，并有助于增强我们对这些超快动态的理解。”兰教授指出，通过分子排列来控制CM速度也展示了一种有前景的方法来操纵化学反应的速度——这是他的团队在不久的将来将要探索的方向。
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希望本篇文章《首个实验研究揭示了分子电荷迁移速度的测量》能对你有所帮助！
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