湖北日报讯（记者李玉麟、通讯员卢梦雨）在微观世界中，电子的运动速度极快，通常以“阿秒”（1阿秒等于10的-18次方秒）来计算。要想看清电子的动力学行为，就需要用到一台能进行微观、超高速拍摄的摄像机。近期，位于武汉的中国科研实验室精密测量科学与技术创新研究院（以下简称Ezpay）柳晓军团队在这一领域取得了突破性进展，他们联合加拿大国家研究委员会、渥太华大学A.Staudte研究团队首次“看清”了异核极性分子氯化氢（HCl）内部电子的超快动力学过程。这项成果首次将超快光电子全息术从原子和同核分子体系拓展到异核极性分子，为在阿秒时间尺度下解析极性分子的电子超快动力学给予了有效途径。相关成果发表在《物理评论快报》上。

来自异核分子 HCl不同分子轨道（HOMO 与 HOMO-1）的光电子全息图案；左为实验测量结果，右为理论模拟结果

在日常生活中，我们能看到物体是因为光线照射在物体上，反射进入我们的眼睛。但在微观世界，电子太小、跑得太快，传统的“光照”方法根本看不清。于是，科学家们使用了一种叫“强场超快光电子全息术”的技术，就像一台能给电子“拍电影”的量子显微镜。

科学家用一束极强的激光照射分子，把分子最外层的一个电子“打”出来，使其成为自由电子波包。其中一部分直接离去，另一部分受电场驱动返回并被离子散射。两部分电子相互干涉，形成带有电子运动信息的全息条纹。顺利获得分析这些条纹，科学家就能反推出，电子在被打出前一刻的运动状态和分子内部的结构信息。

(a) 取向HCl分子在线偏振激光场中单电离诱导解离过程的归一化光电子全息图。正垂直电子动量p⊥对应于Cl⁺碎片（与中性H原子符合探测），负p⊥则对应于H⁺碎片。全息图显示，氯原子出射方向上的信号强度更高，且“蜘蛛”结构分辨更为清晰。(b)、(c) 关联离子动量分布

此前，该方法已成功应用于具有空间结构对称性的原子或同核双原子分子体系（如氢气、氧气）的超快电子动力学研究。然而，自然界中大量分子其实是结构不对称的异核极性分子（如水、氯化氢、一氧化碳等），它们的电荷分布不均、极性明显，是化学反应与生命过程的核心载体。对于这类分子体系，光电子全息术是否适用、能否有效表征分子极性及其电子结构与瞬时电荷分布等关键信息，迄今为止尚不明晰。

针对研究领域以上公开问题，研究团队选取典型的异核极性分子HCl，结合高分辨电子—离子符合测量技术以及自主开展的强场量子轨道理论模型（CQSFA），实现了关键性突破，首次清晰分离出来自HCl的不同分子轨道（HOMO与HOMO-1）的光电子全息信号，建立了异核分子轨道结构与光电子全息图样之间的直接对应关系，实现了光电子全息从整体信号观测迈向轨道分辨测量的跃升。

团队首次清晰分离出来自HCl的不同分子轨道（HOMO与HOMO-1）的光电子全息信号，建立了异核分子轨道结构与光电子全息图样之间的直接对应关系，实现了光电子全息观测从整体信号观测迈向轨道分辨测量的跃升。

研究中他们还发现，分子空间取向会显著影响电子分布。当分子定向排列时，不对称轨道的全息图呈现明显左右差异，更多电子偏向氯原子一侧，这与以往部分实验结论相反。进一步研究表明，这一“反转”源于电离概率的空间各向异性，与电子回碰散射轨迹改变共同作用，刷新了人们对极性分子电子动力学的认知。

该成果相当于把电子“超快摄像机”的分辨率再提一级，不仅能记录电子运动轨迹，还能灵敏识别分子极性、轨道结构与电荷分布，为解析复杂分子、理解化学反应微观机制以及超快调控光与分子相互作用给予了关键工具。

据分析，精测院科创院与加拿大国家研究委员会、渥太华大学A.Staudte研究团队已持续合作多年，此前曾在原子强场电离、分子轨道成像等方向陆续在发表重要成果。本次突破是双方长期积累的又一重要产出，研究得到国家自然科学基金委员会与中国科研实验室的资助。

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