近期，激光光谱研究所杨勇刚教授带领的团队与柏林自由大学的合作者在激光操控分子中电子的超快动力学领域取得突破性进展。相关研究成果“From chiral laser pulses to femto- and attosecond electronic chirality flips in achiral molecules”于2月17日发表在Nature Communications。该论文以山西大学为第一单位，第一作者为激光光谱研究所研究生陈赟姣，激光光谱研究所特聘教授Jörn Manz、王慧慧老师和杨勇刚教授为通讯作者，柏林自由大学Dietrich Haase教授参与了该项研究工作。
分子的手性是生物学、化学和物理学中的一个重要课题，这个概念常用于静态状态的对映异构体。该团队将“手性”扩展到非静态状态的分子，发现了非手性分子在两束圆偏振激光脉冲激发下的电子密度具有手性行为，且在飞秒到阿秒的时间尺度发生手性翻转。
团队以非手性NaK分子为例，研究分子中电子的超快动力学行为，通过设计的两束圆偏振激光（具有相同/相反偏振方向），将分子制备到三个电子态的叠加态上，这打破了电子分布的对称性，使电子密度具有手性。通过量子动力学数值模拟，发现了电子密度的超快手性翻转现象。这项工作指出通过两个具有相同或相反（++或+-）偏振的圆偏振激光脉冲，在非手性分子中可产生飞秒或阿秒时间尺度上的手性翻转，这将为下一代阿秒开关装置的发展提供重要的理论指导及实验设计方案。
图一：激光诱导NaK中的电子态跃迁。通过两束具有相同或相反偏振的圆偏振激光脉冲
将NaK 制备到三个电子本征态的叠加态。
图二：在定向 NaK 分子的电子分布在不同手性之间的超快翻转。两束相同或相反的圆偏振激光脉冲
引起电子密度在飞秒或阿秒时域中周期性的翻转。
研究团队的理论研究为激光操控非手性分子中电子的超快手性翻转行为及其在分子量子态操控与应用等研究领域的发展奠定了基础。
该工作得到了国家自然科学基金委、山西省学科建设和人才项目等的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44807-0