ICFO 电离羰基硫分子结构示意图，显示其弯曲和不对称构型以及原子间的键长
信用:ICFO 光学显微镜彻底改变了我们对微观世界的理解，但它们的分辨率被限制在100纳米左右
要了解分子是如何结合、断裂或改变其结构的，我们至少需要1000倍的分辨率
激光诱导电子衍射是一种技术，可以精确定位单个分子中的单个原子，并观察分子发生反应时每个原子的移动位置
这项技术被证明是成像分子的神奇工具，例如水、硫化羰或二硫化碳
然而，使用强激光场来产生电子衍射对恢复精确结构提出了挑战，因为结构分辨率取决于激光场本身的精确知识
在最近发表在《自然通讯》上的一项研究中，由ICREA教授领导的ICFO研究人员奥雷连·桑切斯、卡拉·阿米尼、托拜厄斯·施泰纳、刘新耀
在ICFO·詹斯·比格特，与堪萨斯州立大学、马克斯·普朗克物理研究所、物理技术研究所和耶拿大学的研究人员合作，报道了一种替代的新颖方法，该方法可以在没有激光场的精确知识的情况下检索关于原子结构的精确信息
他们成功地将该方法应用于气相分子羰基硫(OCS)的成像，特别是在组成原子之间的键长上，显示出离子化的OCS+结构的显著弯曲和不对称拉伸构型
羰基硫原子键的确定 在他们的实验中，科学家们将一种含1%氧氯化碳的气体混合物放入氦气中，将其超声膨胀，产生一束温度低于90K的分子气体
然后他们拿了3
并将分子暴露在强激光场中
激光与分子相互作用产生加速电子，电子从分子中释放出来，加速进入激光场，通过激光的电场返回到目标离子；电子与离子结构的再碰撞产生了该结构的分子印记，通过从电子干涉图案和散射角分析中提取该信息，科学家能够确定分子的正确结构
方法的新颖性 这种方法被命名为ZCP-赖德，其新颖之处在于，科学家们想出了一种非常聪明的方法，通过使用福尔2D电子散射信息，主要是实验室框架中电子的能量和散射角谱，而不是激光框架，来检索原子信息，这极大地改善了结果的统计
除了使用2D数据而不是1D信息，他们还确定了光谱中与他们所谓的过零点(ZCP)位置(干扰信号显示零值)相关的独特特征
通过对这些临界点进行分析，科学家们能够从更小的数据集获得组成分子的原子键长的更精确的信息，大大减少了计算时间
为了验证他们的方法，他们使用了各种方法，将它们与量子化学理论模拟进行了比较，并证明了他们的ZCP-赖因技术可以以更高的精度获得核间距离，可以测量相似长度的键距离(这与以前的方法相当不可能)，它避免了转换参照系，并且能够在背景噪声可能相当大的环境中确定分子结构
考虑到所有这些，他们报告获得了10原子分子的分子信息，特别是对于硫化羰，他们发现分子OCS+具有明显弯曲和不对称拉伸的结构，这与之前对该分子的研究不同
这项研究的结果表明，ZCP-赖因技术可以成为一个非常强大的工具，以确定大分子和更复杂的分子结构
它还可以扩展到超快电子衍射(UED)甚至超快x光衍射(UXD)，以跟踪瞬态阶段的几何结构分子
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