DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09455-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40866709
تاريخ النشر: 2025-08-27
المؤلف: Meng Han وآخرون
الموضوع الرئيسي: التطبيقات الطيفية والدراسات الكيميائية الكمومية
الطرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون إعداد التجربة والأساليب النظرية المستخدمة في دراستهم. تم استخدام جهاز التجربة نبضات ليزر الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) التي تم توليدها بواسطة مكبر ليزر Ti:sapphire المتجدد، والذي يوفر نبضات بقوة 2 مللي جول عند طول موجي مركزي يبلغ 800 نانومتر ومعدل تكرار يبلغ 5 كيلو هرتز. تم قياس مدة النبضة لتكون 25 فيمتوثانية باستخدام جهاز FROG ذو الشبكة المتغيرة. تم تقسيم شعاع الليزر باستخدام مقسم شعاع بنسبة 70:30، حيث تم توجيه الجزء الأكثر كثافة عبر وحدة شعاع في شعاع، والتي تضمنت لوح نصف موجة ولوح ربع موجة لإنتاج ضوء XUV مستقطب دائريًا عبر توليد التوافقيات العالية في خلية غاز مملوءة بالزينون. تم توصيف شعاع XUV الناتج باستخدام مطياف تم بناؤه في المنزل وتم دمجه مع مجال الأشعة تحت الحمراء (IR) لتجارب RABBIT (إعادة بناء تداخل النبضات في الأتوثانية بواسطة تداخل انتقالات الفوتونين).
كان استقطاب مجال الأشعة تحت الحمراء القابلة للتعديل، وتم الحفاظ على شدته عند حوالي $10^{11} \, \text{W cm}^{-2}$. شمل الإعداد مراحل تأخير دقيقة لضبط تأخيرات النبضات بدقة على مقاييس زمنية فيمتوثانية وأتوثانية، مع استخدام ليزر HeNe لتتبع المسار وكاميرا CCD سريعة لتثبيت الطور. تأكد المؤلفون من أن مرحلة التأخير البيزو كانت مستقرة نشطًا أثناء القياسات، محققين حجم خطوة يبلغ 110 أتوثانية واهتزاز زمني أقل من 30 أتوثانية، مما يسهل التحكم الدقيق في ظروف التجربة.
المناقشة
في هذا القسم، تحقق الدراسة من تباين الدائرة الضوئية للإلكترونات (PECD) وتأخيرات تأين الضوء في الجزيئات الكيرالية، مع التركيز بشكل خاص على المتناظرات لمركب MeOx تحت ظروف مجال الأشعة تحت الحمراء (IR) المتغيرة. تشير النتائج إلى أن PECD يتم تعزيزه بشكل كبير عند تطبيق مجال IR مستقطب دائريًا، حيث تصل القيم إلى 16%، مما يضاعف فعليًا التعزيز الملحوظ في حالة XUV فقط. يظهر تعديل قيم PECD في مواقع جانبية محددة اعتمادًا قويًا على حالة الاستقطاب لمجال IR، مع زيادة ملحوظة في التماثلات الكيرالية في وجود الاستقطاب الدائري.
يكشف تحليل تأخيرات التأين الضوئي أن الإلكترونات الضوئية المنبعثة للأمام تظهر تأخيرًا زمنيًا مقارنة بتلك المنبعثة للخلف، مع تأخير أقصى يبلغ حوالي 60 أتوثانية عند SB 8، والذي يتغير مع الطاقة الحركية للإلكترون. تم تأكيد أن هذا التأخير كيرالي، حيث لوحظت علامات معاكسة للمتناظرات. تستخدم الدراسة تقنية RABBIT لعزل التوقيعات الكيرالية وقياس مساهمات انتقالات الاستمرارية إلى التأخيرات الزمنية الملحوظة. بالإضافة إلى ذلك، تسلط الأبحاث الضوء على قوة نظام التحكم في PECD وتأخيرات الزمن، مما يشير إلى أن الطبيعة غير المتجانسة لمركب MeOx قد تحد من مدى التعزيز مقارنة بالجزيئات الكيرالية الأكثر غير تجانسًا. بشكل عام، تعزز هذه الدراسة فهم مطيافية الكيروبصرية في الأتوثانية وإمكاناتها في استكشاف الديناميات الكيرالية والظواهر مثل انتقائية الدوران الناتجة عن الكيرالية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09455-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40866709
Publication Date: 2025-08-27
Author(s): Meng Han et al.
Primary Topic: Spectroscopy and Quantum Chemical Studies
Methods
In this section, the authors describe the experimental setup and theoretical methods employed in their study. The experimental apparatus utilized near-infrared (NIR) laser pulses generated by a regenerative Ti:sapphire laser amplifier, delivering 2 mJ pulses at a central wavelength of 800 nm and a repetition rate of 5 kHz. The pulse duration was measured to be 25 fs using a transient-grating FROG apparatus. The laser beam was split using a 70:30 beam splitter, with the more intense portion directed through a beam-in-beam module, which included a half waveplate and a quarter waveplate to produce circularly polarized XUV light via high-harmonic generation in a xenon-filled gas cell. The generated XUV beam was characterized using a home-built spectrometer and was combined with a dressing infrared (IR) field for RABBIT (Reconstruction of Attosecond Beating By Interference of Two-photon Transitions) experiments.
The dressing IR field’s polarization was adjustable, and its intensity was maintained at approximately $10^{11} \, \text{W cm}^{-2}$. The setup included precision delay stages for fine-tuning interpulse delays on femtosecond and attosecond timescales, with a HeNe laser used for path tracing and a fast CCD camera for phase stabilization. The authors ensured that the piezo delay stage was actively stabilized during measurements, achieving a step size of 110 as and a time jitter of less than 30 as, facilitating precise control over the experimental conditions.
Discussion
In this section, the study investigates the photoelectron circular dichroism (PECD) and photoionization time delays in chiral molecules, specifically focusing on the enantiomers of MeOx under varying infrared (IR) field conditions. The results indicate that the PECD is significantly enhanced when a circularly polarized IR field is applied, with values reaching up to 16%, effectively doubling the enhancement observed in the XUV-only case. The modulation of PECD values at specific sideband (SB) positions demonstrates a strong dependence on the polarization state of the IR field, with a notable increase in chiral asymmetries in the presence of circular polarization.
The analysis of photoionization delays reveals that forward-emitted photoelectrons exhibit a temporal lag compared to backward-emitted ones, with a maximum delay of approximately 60 attoseconds at SB 8, which varies with electron kinetic energy. This delay is confirmed to be chiral, as opposite signs are observed for the two enantiomers. The study employs the RABBIT technique to isolate chiral signatures and quantify the contributions of continuum-continuum transitions to the observed time delays. Additionally, the research highlights the robustness of the control scheme for PECD and time delays, suggesting that the isotropic nature of MeOx may limit the extent of enhancement compared to more anisotropic chiral molecules. Overall, this work advances the understanding of attosecond chiroptical spectroscopy and its potential applications in probing chiral dynamics and phenomena such as chirality-induced spin selectivity.