激光诱导非手性分子的手性翻转
发布时间：2025-07-10阅读数：
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。本文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，其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。
本研究以NaK分子为例，研究非手性分子中电子的超快动力学行为。通过量子动力学数值模拟的方式开展研究，通过考虑了电子动力学和核运动，提出了一种可以用来研究分子中超快激光诱导电荷迁移的通用方法。首先，采用完全活性空间自洽场方法（CASSCF）在MOLPRO中利用赝势基组优化异核双原子分子NaK的结构，得到稳定的几何构型、电子态能量、电子态波函数，以及跃迁偶极矩等重要数据。之后通过设计两个具有相同（+，+）或相反（+，-）偏振的圆偏振激光脉冲，将分子制备到三个电子态的叠加态上，激光脉冲的诱导打破了电子分布的对称性，使电子密度具有手性，通过数值模拟得到了电子密度在飞秒及阿秒时域范围内发生超快手性翻转。
此外还研究了原子核运动对NaK分子电荷迁移机制的影响，通过量子化学软件计算得到基态的频率、简正坐标以及激发态的结构，考虑原子核振动并用全量子数值模拟求解薛定谔方程，发现了在20fs内原子核振动并不会导致电荷迁移的退相干，退相干时间大于20fs。通过对此模型的研究，得到在非手性分子中所产生的飞秒或阿秒时间尺度上的手性翻转，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。
关键词：分子量子动力学；手性翻转；超快电荷迁移；电子密度
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-44807-0
