近日，中科院大連化學(xué)物理研究所分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點實驗室楊學(xué)明院士的團隊在實現(xiàn)HD分子的高效相干布居轉(zhuǎn)移研究中取得重要進展，研究論文Highly Efficient Pumping of Vibrationally Excited HD Molecules via Stark-Induced Adiabatic Raman Passage發(fā)表在The Journal of Physical Chemistry Letters（J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 368-371）上。

    氫是宇宙中最豐富、最簡單的化學(xué)元素，涉及了許多重要的化學(xué)過程。一些氫分子與自由基的反應(yīng)，如H + H2、F + H2、OH + H2等，被視作樣板反應(yīng)而深入研究，加深了人們對化學(xué)反應(yīng)的理解。由于缺乏產(chǎn)生高密度的振動激發(fā)的H2分子束，絕大部分研究局限于H2振動基態(tài)的反應(yīng)動力學(xué)。在實際的燃燒過程、大氣化學(xué)以及星際化學(xué)涉及到的H2的反應(yīng)中，相當(dāng)一部分H2是以振動激發(fā)的形式參與反應(yīng)的，因此研究處于振動基態(tài)的H2的反應(yīng)特性，只能讓我們了解化學(xué)反應(yīng)的一個側(cè)面。

    從分子反應(yīng)動力學(xué)的角度來說，反應(yīng)物分子的初始振動激發(fā)，如何演化到產(chǎn)物分子的內(nèi)部坐標(biāo)，并影響反應(yīng)速率和能量分配，是反應(yīng)動力學(xué)領(lǐng)域的核心問題之一。從實驗上研究不同激發(fā)態(tài)分子的反應(yīng)性質(zhì)具有非常重要的意義，有助于加深我們對化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的理解，促進相關(guān)理論模型的發(fā)展，使我們有可能通過控制反應(yīng)物分子的激發(fā)方式來實現(xiàn)對化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控。

    研究振動激發(fā)的氫分子反應(yīng)動力學(xué)特性，首要的挑戰(zhàn)就是如何高比率地制備處于特定振動激發(fā)態(tài)的氫分子。傳統(tǒng)的紅外單光子吸收和受激拉曼技術(shù)由于受到自發(fā)輻射效應(yīng)和相干布居返回效應(yīng)的限制，理論激發(fā)比率小于50%，實際能達到的比率更低。研究人員使用自行搭建的一套窄線寬、高脈沖能量的激光系統(tǒng)，利用斯塔克誘導(dǎo)的絕熱拉曼通道（SARP, Stark-Induced Adiabatic Raman Passage）技術(shù)，成功地將分子束中的HD分子從振動基態(tài)(v = 0, J = 0)轉(zhuǎn)移至激發(fā)態(tài) (v = 1, J = 0)，激發(fā)比例超過90%，在實驗上首次驗證了利用SARP技術(shù)，在分子束中制備振動激發(fā)的氫及其同位素分子是一種可行的方法。該方法可以推廣至其它具有拉曼活性的分子，將為交叉分子束和分子束-表面散射實驗研究氫等分子的振動激發(fā)對化學(xué)反應(yīng)的影響提供一個獨特的工具。

    該自制OPO/OPA和激發(fā)系統(tǒng)已申請專利。以上研究得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委和中科院相關(guān)項目的資助。