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1999年诺贝尔化学奖——飞秒化学
李智豪
2022级化学伯苓班 1510722
摘 要 飞秒即10-15秒(fs) , 这个时标与分子中的电子或质子的运动速率大致相对应。一般的化学反响(热化学) 过程大约在10-6 秒(Ms)的量久了。
得益于李远哲等开展的分子束研究方法以及新兴的飞秒激光技术，上世纪末动力学研究又有了新的突破，这就是下文要讲到的与1999年获得诺贝尔化学奖的由Zewail开展的飞秒光谱学研究反响动力学技术，这项技术的出现使得可观察到的反响时级缩短到和分子振动时间一样短，从而让研究者可以真真切切地“看到〞过渡态的样子。
发现历程
科学的开展总是依赖于技术的进步。1960年第一台红宝石激光出现之后的 20年里激光脉冲逐渐缩短。Shank和其合作者在1981年开展出了CPM染料激光器，产生了6飞秒的超短激光脉冲"从那时起就有许多科
学家开始了利用飞秒激光研究各种超快过程的探索"。90年代以来，更加稳定和容易使用的全固体的超快掺钛蓝宝石飞秒激光逐渐取代了CPM染料激光，飞秒化学、物理和生物学的研究的工具更加前进了一步。目前这种激光最短脉冲可达 4飞秒。[4]
另一方面在理论上，Heller、Kinsey等人研究了化学反响中分子的量子态在非常短的时间尺度上的变化过程，使得飞秒的理论计算变成可能。[4]
在这种情况下，出现了化学、物理和生物学交叉的一个全新的领域，这就是飞秒化学。
受摄影技术启发〔频闪照片，通过超快闪光灯给光，使摄像机能够捕捉百万分之一秒的运动〕，Zewail在设想对于分子反响是否也能使用一种超快的激光系统来“拍摄〞分子的状态，从而得到整个反响的“录像〞。要彻底明白反响的真实过程，我们必须了解分子内部的能量传递，反响物和生成物的能量状态，以及过渡态的真实状况。但是这些过程实际发生的时间都往往是在皮秒和飞秒的量级，所以要想实现对反响过程的检测!我们必须使用脉宽为飞秒的激光脉冲去研究反响。于是他采用了最新的飞秒激光技术，以及由李远哲等开展的分子束方法来进行研究。
飞秒时间分辨的“快门〞，是由一前一后的两束飞秒激光来达成的，这是因为一次“快门〞的运动需要开门和关门,两个动作，光的传播速度为每秒30万公里，由此我们可以计算出，如果我们把一束激光分成两束，从一束光引发化学变化到第二束光探测为止，如果要两束光到达分子的时间相差只有1个飞秒，此时两束光的光程差异只能有 。所以，实验中需要对两束以上光路进行精确的控制，其实验的难度可想而知。
当然，对于宏观物体，我们可以用摄像机直接得到他的图像，而对于微观分子，我们那么只能得到它的光谱信息，进而翻译出它的状态。
〔图 飞秒激光装置示意[7]〕
可以说，飞秒化学已经是时间尺度上的研究的尽头了，更小的时间尺度，由于不确定性原理，已经无法精确研究了；而且对于化学反响，也不会有小于这个尺度过程发生了。
研究介绍
1987年， Zewail完成第一个飞秒化学实验，ICN的受激解离，这也是人类第一次直接从实验上观测到化学反响过程，JCP 的经典文章。[6]
他使用了pump 〔强光〕 将ICN激发到解离态上，然后再用probe 〔弱光〕 来检测反响