Измерение сверхскоростной колебательных когерентности в многоатомных радикальной катионов с адиабатической ионизации Стронг поле

С момента изобретения лазера в 1960-х цель выборочно разорвать химических связей в молекулах был давней мечтой химики и физики. Возможность настроить оба лазерные частоты и интенсивности считалось для включения прямого расщепления целевых облигаций путем селективного энергии поглощения на связанные колебательные частоты^1,2,3,4 . Однако ранних экспериментов установлено, что внутримолекулярной колебательных перераспределения поглощенной энергии всей молекулы часто привели к неизбирательной расщепления слабых Бонд^4,5. Он не был до развития Фемтосекундный импульсных лазеров и техника насос зонд⁶ в конце 1980-х годов, что прямые манипуляции когерентных колебательных состояний, или «волновых пакетов», позволило успешный контроль над Бонд расщепления и других ^7,6,цели⁸. Насос зонда измерения, котором пульс «насос» готовит возбужденное состояние или Ион, который впоследствии возбужденных по пульсу несвоевременные «зонд», остаются одним из наиболее широко используемых методов для изучения сверхбыстрые процессы в молекулы^{9, 10,11,12,13,14,,1516,,1718, 19,20}.

Существенное ограничение изучать сверхбыстрые диссоциации, динамика многоатомных радикальной катионов, с помощью насоса зонд возбуждения, в сочетании с масс-спектрометрических обнаружения возникает от неселективных фрагментации молекулы целевых ионизирующего насосом Пульс на Ti: Sapphire волны 800 Нм^21,,22–²³. Этот избыток Фрагментация приводит к от неадиабатическая multiphoton ионизации и может быть смягчена путем переносить длины волны возбуждения в ближней ИК-области (например., 1200-1500 Нм)^{22,23,24, 25}. В этих более длинах волн, вклад адиабатического электрона туннелирования увеличивается по отношению к multiphoton возбуждения в^22,процесс ионизации²³. Адиабатический туннелирование придает мало избыток энергии на молекулы и форм преимущественно «холодный» основного состояния молекулярных ионов^19,22,23. Наша Предыдущая работа продемонстрировала, что использование ближней ИК-области спектра возбуждения значительно улучшает в подготовке согласованного колебательных возбуждений, или «волновых пакетов», в многоатомных катионов радикальные по сравнению с 800 Нм возбуждения^{19, 20}. Эта работа будет проиллюстрировать разницу между сильное поле ионизации доминируют multiphoton и туннелирования взносов с насос зонд измерений на химического агента simulant диметил methylphosphonate (ТИПАМИ) с использованием 1500 Нм и 800 Нм насос длин волн.

В наших экспериментах насос зонд пара ультракоротких лазерных импульсов времени задержки, Рекомбинированные и сосредоточены во время полета масс-спектрометр, как показано в нашей установки на рисунке 1. Эти эксперименты требуют Ti: Sapphire регенеративной усилитель производства > 2 МДж, 800 Нм, 30 fs импульсов. Выход усилителя делится на splitter луча цвету (% R: %T), где большая часть энергии используется для насоса оптический параметрический усилитель (OPA) для генерации 1200-1600 нм, 100-300 µJ, 20-30 fs импульсов. Диаметр пучка насос ИК расширяется до 22 мм и диаметр 800 Нм зонд луча вниз коллимированного 5,5 мм и порошковая с помощью диафрагмы. Эти инструментовали привести насос фокусировки луча к значительно меньше луч талии (9 мкм) чем зонд пучка (30 мкм), тем самым гарантируя, что все ионов, образующихся импульсного ионизирующего насос возбуждаются несвоевременные датчика пульса. Эта конфигурация используется, потому что цель наших экспериментов, чтобы исследовать динамику родительского Молекулярный ион, который может быть сформирован даже при более низких интенсивности по краям фокусированный луч. Мы отмечаем, что если динамика более высоко возбужденных ионных видов представляют интерес, то луч диаметром зонда следует меньше, чем у насоса.

Насоса и датчика импульсов распространять collinearly и сосредоточены в регионе добычи Wiley-McLaren время полета масс-спектрометр (TOF-МС)²⁶ (рис. 2). Молекулярные образцы помещены в пузырек при входе и открыт для вакуума. Для этой установки требуется молекуле под следствием имеют ненулевой давление паров; для молекул с низким давлением пара пузырек может быть нагрета. Поток газообразных образца в камеру контролируется двумя клапанами переменной утечки. Образец входит камеры через 1/16″ из нержавеющей стали труба около 1 см от лазерный фокус (рис. 2) для того, чтобы доставить локально высокой концентрации целевых молекулы в добыче региона²⁷. Извлечения пластина имеет 0,5 мм разрез ориентированных ортогонально к пути распространения и Ион лазера. Потому что Рэлея диапазон луча насос примерно 2 мм, эта щель служит фильтром, позволяя только ионы создаются из Центральной фокуса тома, где интенсивность высоким пройти через пластины извлечения²⁸. Ионы введите поле свободный дрейф трубки 1 м до Z-разрыв микро канал пластины (MCP) детектор²⁹, где они обнаружены и записал с 1 GHz цифровой осциллограф в размере 1 кГц повторение типичных коммерческих спектрометр.