北京
不到百万亿分之一秒的时间里，一个分子吸收光子，电子跳跃到更高能级，分子骨架随之扭曲，紧接着电子能量被转化为原子核的集体振动。这台超快“分子变形记”快到让普通仪器根本无法捕捉，但德国欧洲X射线自由电子激光（European XFEL）发出的极短X射线脉冲，让科学家得以一个一个原子地重新拼出这段转瞬即逝的序列。
研究对象是一个名叫3‑氟吡啶的环形小分子。研究人员特意选它，是因为分子上的氮原子和氟原子可以在同一场光反应里充当两个独立的观测站。一束紫外激光打进去，分子进入电子激发态，原本平面的结构开始发生畸变。它很快到达一个叫做锥形交叉点的位置——这是两个电子能态短暂交叠的区域，电子的运动与原子核的运动在这里被紧紧耦合，分子得以在极短时间内从一个能态滑向另一个。
穿过这个锥形交叉点后，3‑氟吡啶落回到能量最低的基态。但之前储存在电子激发态里的能量并没有凭空消失，而是化作了分子内部的振动，让各个原子彼此之间剧烈地动起来。X射线脉冲捕捉到的信号显示，氟原子和氮原子讲述了这场转变中截然不同的章节。氟原子给出的是一幅相对纯净的振动弛豫图景——多余的能量如何通过分子运动重新分配；而更直接参与了初始激发的氮原子，记录的却是电子分布变化与结构运动混合在一起的复杂结果。
“我们现在能够看到，在我们的X射线脉冲信号里，并非每一个原子位点都在讲同一个故事。”论文共同作者、西班牙马德里材料科学研究所（ICMM‑CSIC）的安东尼奥·皮康说，“有些原子在告诉我们电荷流向了哪里，另一些则揭示整个分子在如何振动。”
这种在实时尺度上把电子变化和结构变化区分开的能力，为一系列光驱动基本过程的研究打开了新的窗口。可能的用武之地包括DNA如何防御紫外光损伤、光收集材料中能量如何定向传递等。过往只能靠理论推演的瞬间剧情，如今正一步步被实验影像逐帧还原。
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