Các nhà khoa học Việt Nam đã được chụp ảnh động phân tử N2

Gần đây, việc thu nhận thông tin cấu trúc động của phân tử bằng nguồn xung lade siêu ngắn đã trở thành một trong những hướng nghiên cứu thú vị trong cộng đồng khoa học. Khi phân tử hay nguyên tử tương tác với chùm lade mạnh, một trong những hiệu ứng quang phi tuyến xảy ra là sự phát xạ sóng thứ cấp (gọi là sóng hài bậc cao, viết tắt là HHG).

HHG phát ra do sự kết hợp của điện tử đã bị ion hóa trước đó với ion mẹ, vì vậy chúng mang thông tin cấu trúc của phân tử. Năm 2004, hình ảnh đám mây điện tử lớp ngoài cùng (HOMO) của phân tử khí N2 đã được tái tạo từ nguồn dữ liệu HHG phát ra do tương tác giữa các phân tử với chùm lade hồng ngoại.

Thông tin về đám mây điện tử N2 được ghi nhận trong thang thời gian femto giây, chính là thang thời gian diễn ra sự dao động của phân tử nên được xem là thông tin cấu trúc động. Chính thành công này đã thu hút nhiều mối quan tâm của các nhóm nghiên cứu về việc thu nhận các thông tin cấu trúc động phân tử từ HHG. 

Trong nghiên cứu này, các tác giả tái tạo hình ảnh HOMO và HOMO-1 của phân tử N2 từ nguồn HHG mô phỏng. Mục đích của công trình này không chỉ để kiểm chứng kết quả nghiên cứu mà còn cung cấp cho người đọc thấy một mối quan hệ sâu sắc giữa chất lượng hình ảnh tái tạo được và độ rộng của miền phẳng trong phổ HHG, liên quan tới mật thiết với độ dài bước sóng của chùm lade.

Bằng cách mô phỏng, các tác giả kiểm chứng kết quả thực nghiệm về việc chụp ảnh động của lớp điện tử ngoài cùng (HOMO) và lớp liền kề bên trong (HOMO-1) của phân tử N2 từ nguồn phát xạ sóng hài bậc cao do tương tác với chùm lade mạnh xung cực ngắn. Kết quả mô phỏng phù hợp với kết quả thực nghiệm. Họ cũng chỉ ra rằng để có được hình ảnh HOMO như kết quả thực nghiệm, nguồn lade cần có bước sóng ít nhất là 1200 nm thay vì 800 nm và với bước sóng 2400 nm hình ảnh sẽ trở nên hoàn hảo.