中国科学院 一、实验系统示意图
一个宽带太赫兹泵浦脉冲(峰值电场强度为14
9毫伏/厘米，中心频率3
9太赫兹，带宽为1-10太赫兹)激发液态水，引发由太赫兹克尔效应(TKE)引起的瞬态双折射，该效应由800纳米探针脉冲监测，当探针脉冲穿过水膜时变成椭圆偏振
为了比较，演示了液态水和重水的TKE响应
在拉伸模式中，重水的相对大的阻尼系数对应于谐波振荡的更快的能量衰减过程，导致与水相比，TKE响应的第二峰值减小
TKE响应归属于四个分量的叠加，其中弯曲和拉伸模式的双向贡献起主导作用
提出了一个基于洛仑兹动力学方程的氢键振子模型来描述液态水分子间模式的动力学，并成功地再现了测得的TKE响应
信用:、、、、沙勒比、张存林、赵跃进、等 液态水被认为是生命的基石，具有许多非凡的物理和生化特性
人们普遍认为液态水的氢键网络在这些性质中起着至关重要的作用
由于分子间相互作用的复杂性和相关模式的大光谱重叠，氢键动力学的研究具有挑战性
近年来，太赫兹波共振激发液体为探索低频分子运动的瞬态演化提供了新的视角
然而，水在太赫兹波段有很大的吸收系数，太赫兹诱导克尔效应技术在氢键动力学研究中的应用仍然具有挑战性
在《光科学与应用》杂志发表的一篇新论文中，由北京理工大学光学与光子学院精密光电测量仪器与技术北京重点实验室的赵跃进教授领导的科学家团队；首都师范大学物理系北京先进成像技术创新中心和太赫兹光电重点实验室张亮亮教授；和宽带太赫兹脉冲共振激发液态水分子间模式，采用自由流动水膜获得双极太赫兹场诱导瞬态双折射信号
他们提出了一个与介电常数相关的氢键谐振子模型，并将其与洛伦兹动力学方程相结合来研究液态水的分子间结构和动力学
它们主要将双极信号分解为氢键拉伸振动引起的正信号和氢键弯曲振动引起的负信号，表明水的极化率扰动在弯曲和拉伸条件下呈现竞争贡献
该结果提供了一种直观的极化率各向异性的时间分辨演化，可以在亚皮秒尺度上反映液态水的分子间模式
太赫兹波可以在液体中共振激发一种或几种分子运动模式，是探索低频分子动力学的有力工具
这些科学家总结了他们的工作原理: “我们使用太赫兹电场来共振激发液态水的分子间模式
分子的瞬时旋转产生一个感应偶极矩，它立即将太赫兹场驱动的动量传递给相邻水分子的受限平移运动
这种平移运动可以被指定为弯曲模式和拉伸模式，这可以分别导致垂直于和平行于氢键的极化率各向异性的分量，从而导致双向性能
" “在实验中，取代传统比色皿的强太赫兹激发源和超薄流动水膜是获得高质量信号的基础
”他们补充道
“由宽带太赫兹泵脉冲揭示的水的超快分子间氢键动力学可以提供对相应模式的液态水的瞬态结构的进一步洞察
科学家总结道:“这一突破可能为检测水、结晶冰和无定形冰的气相物理机制，以及试剂与溶剂水分子的复杂相互作用开辟新的途径。”
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