מדידה של מרביים הרטט Coherences ב Polyatomic רדיקלית קטיונים עם יינון אנווריאנטים חזק-שדה

מאז המצאת הלייזר בשנת 1960, מטרת באופן סלקטיבי שבירת קשרים כימיים בתוך מולקולות הוא חלום ארוכת שנים של כימאים, פיזיקאים. היכולת לכוון את שניהם לייזר תדירות והיה בעוצמה האמין כדי לאפשר המחשוף ישירה של קשר היעד דרך ספיגת אנרגיה סלקטיבי תדירות הרטט המשויך^1,2,3,4 . אולם, הניסויים הראשונים מצאו כי התפלגות הרטט הפצה מחדש של האנרגיה נספג לאורך המולקולה לעיתים קרובות גרמו המחשוף לא בררניים של^4,בונד החלשה⁵. זה לא היה עד התפתחות הפמטו-שנייה פעמו לייזרים, בטכניקה המשאבה-בדיקה⁶ בסוף שנות השמונים ישירה מניפולציה של מצבים קוהרנטיים הרטט, או “גל מנות”, מופעלת שליטה מוצלחת על המחשוף בונד ועוד מטרות^6,7,8. משאבה-בדיקה מדידות, שבה הדופק “משאבה” מכינה של עירור או יון שמגורה לאחר מכן דופק השהיית זמן “בדיקה”, להישאר אחת מהטכניקות הנפוצה ביותר ללימוד תהליכים מרביים מולקולות^{9, 10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19,20}.

מגבלה משמעותית כדי ללמוד על דיסוציאציה מרביים הדינמיקה של קטיונים הרדיקלי polyatomic באמצעות משאבת-בדיקה עירור מצמידים לאיתור המונית spectrometric נובע nonselective פיצול של מולקולת המטרה על ידי המשאבה ionizing דופק על אורך הגל Ti:Sapphire של 800 nm^21,22,23. פיצול עודף זה נובעת יינון multiphoton nonadiabatic, יכול להיות חמאני הסטה הגל עירור לתוך-סגול (למשל., 1200-1500 ננומטר)^{22,23,24, 25}. באורכי גל אלה ארוכים, התרומה של אלקטרון אנווריאנטים מינהור גדל ביחס עירור multiphoton^22,תהליך יינון²³. מינהור אנווריאנטים מאציל מעט עודף אנרגיה מולקולה וטפסים מצב הקרקע בעיקר “קר” יונים מולקולרית^19,22,23. העבודות הקודמות שלנו הוכיח כי השימוש של עירור אינפרא אדום משפר באופן משמעותי את הכנת excitations הרטט קוהרנטי, או “גל מנות”, ב- polyatomic קטיונים קיצוני לעומת 800 nm עירור^{19, 20}. העבודה הזאת ימחיש את ההבדל בין שדה חזק יינון נשלט על ידי תרומות multiphoton, מנהור עם משאבה-בדיקה מדידות המתבצעות על לוחמה כימית סוכן simulant דימתיל מתילפוספונט (DMMP) באמצעות 1500 ננומטר ו-800 ננומטר משאבת אורכי גל.

בניסויים שלנו-משאבת-בדיקה, זוג פעימות לייזר ultrashort היא השהיית זמן, משולבות מחדש של, ממוקד לתוך ספקטרומטר מסה זמן-של-טיסה, כפי שמוצג בתוכנית ההתקנה שלנו באיור1. ניסויים אלה דורשים מגבר משובי Ti:Sapphire בהפקת > 2 mJ, 800 nm, 30 fs פולסים. פלט מגבר מפוצל במפצל קרן 90:10 (% r: %T), שם רוב האנרגיה משמש כדי לשאוב מגבר אופטי פרמטרית (אופה) לדור של 1200-1600 nm, 100-300 µJ, 20-30 fs פולסים. הקוטר של קרן IR משאבת מורחב עד 22 מ”מ וקוטר קרן 800 nm בדיקה ממוקדת כלפי מטה 5.5 מ מ, cored באמצעות קשתית העין. אלה collimations לגרום התמקדות קרן משאבה הקטנה משמעותית קרן למותניים (9 מיקרומטר) מאשר קרן בדיקה (30 מיקרומטר), ובכך מבטיחה כי כל יונים נוצר במהלך הדופק משאבת ionizing מתרגשות את דופק השהיית זמן בדיקה. תצורה זו משמשת כי מטרת הניסויים שלנו היא לחקור את הדינמיקה של יון מולקולרית האב, אשר עלול להיווצר בכלל בעוצמות נמוכות ליד הקצוות של הקורה ממוקד. נציין כי אם הדינמיקה של מינים יוניים. נרגש מאוד יותר עניין, ואז הקוטר קרן בדיקה יש לעשות קטן יותר מזה של המשאבה.

הפולסים משאבת, בדיקה להפיץ collinearly, ממוקד לאזור החילוץ של ווילי-מקלארן זמן-של-טיסה ספקטרומטר מסה (תוף-MS)²⁶ (איור 2). דגימות מולקולרית ממוקם בקבוקון צמוד לים, נפתח לואקום. תוכנית התקנה זו מחייב המולקולה תחת חקירה של לחץ אדים שאינו אפס; עבור מולקולות עם לחץ אדים נמוכה, הבקבוקון עשוי להיות מחומם. הזרימה של מדגם גזי אל החדר נשלטת על ידי שני שסתומים משתנה הדליפה. המדגם נכנס לתא דרך “1/16” פלדת אל-חלד שפופרת כ 1 ס מ מן המוקד לייזר (איור 2) על מנת לספק ריכוז גבוה באופן מקומי של מולקולת המטרה אזור החילוץ²⁷. הצלחת החילוץ יש חתך 0.5 מ מ מונחה אורתוגונלית אל שבילי הפצת ויון לייזר. מכיוון שטווח ריילי של הקורה המשאבה הוא בערך 2 מ מ, שסע זה משמש מסנן, ומאפשר רק יונים שהופקו מאמצעי האחסון מוקד מרכזי איפה העוצמה הגבוהה ביותר לעבור הצלחת החילוץ²⁸. היונים הזן צינור ללא שדה סחיפה 1 מ’ כדי להגיע את Z-gap מיקרו ערוץ צלחת (MCP) גלאי²⁹, בהם הם זוהו, הקליט עם אוסצילוסקופ דיגיטלי 1 ג’יגה-הרץ בקצב החזרה קילוהרץ 1 של לייזרים Ti:Sapphire מסחרי טיפוסי.