科学家们首次观察到原子实时聚集成一个团簇，使用超冷氦液滴和飞秒激光来捕捉转瞬即逝的过程。他们的发现揭示了原子尺度能量传递的意外行为，为材料科学和光子应用打开了新的大门。信用：股票

一种新方法使用氦液滴与超短激光脉冲相结合，以受控方式触发化学反应。这种方法为能量和电荷在化学键形成过程中如何转移提供了新的见解。

由格拉茨理工大学 （TU Graz） 实验物理研究所的 Markus Koch 领导的研究团队首次实时观察了单个原子如何聚集在一起形成一个团簇以及涉及哪些过程。为此，该团队首先使用超流体氦分离镁原子，然后使用激光脉冲来启动形成。

研究人员跟踪了聚集过程和原子之间的能量转移，时间分辨率在飞秒范围内（1 飞秒等于 1 千万亿分之一秒）。他们的研究结果最近发表在《通讯化学》杂志上。

“纳米冰箱”将原子带入起始位置

“通常，镁原子会立即形成紧密键，这意味着没有明确的起始配置来观察键形成过程，”Markus Koch 解释说。为了克服这一挑战（在实时观察化学反应中很常见），研究人员在实验中使用了超流体氦液滴。

这些液滴的功能就像超冷的“纳米冰箱”，在 0.4 开尔文（相当于 -272.75 摄氏度或仅比绝对零度高 0.4 摄氏度）的极低温度下隔离单个镁原子，并使它们保持大约百万分之一毫米的距离。“这种配置使我们能够用激光脉冲启动团簇形成，并实时精确跟踪它，”在博士研究期间进行实验的 Michael Städlhofer 说。

飞秒光谱法使化学过程可见

研究人员使用光电子和光离子光谱来观察激光脉冲触发的过程。当镁原子连接形成一个簇时，第二个激光脉冲使它们电离。通过分析产生的离子和释放的电子，Markus Koch 和他的团队能够详细重建事件序列。

原子汇集它们的能量

这里的一个关键发现是能量池。当它们相互结合时，几个镁原子将从第一个激光脉冲接收到的激发能量转移到团簇中的单个原子，从而达到更高的能量状态。这是第一次用时间分辨率证明能量池。

具有应用潜力的基础研究

“我们希望氦液滴内的这种原子分离也适用于更大类别的元素，从而成为基础研究中普遍适用的方法，”Markus Koch 说。“此外，关于能量共享的研究结果可能与各个应用领域的能量转移过程相关，例如光医学或太阳能的利用。”