Collaborative Research: Attosecond Charge Dynamics in Atoms and Molecules

合作研究:原子和分子的阿秒电荷动力学

基本信息

  • 批准号:
    1506332
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-09-15 至 2019-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In the late 1800s, flash photography enabled the motion of macroscopic objects to be slowed to the point where the true order of events could be extracted. Nearly a century later, femtosecond pulses (1 femtosecond is one millionth of one billionth of a second) enabled the motions of atoms to be frozen during the formation and breakup of molecules, resulting in an improved microscopic picture of chemistry. The advent of attosecond pulses, a million times shorter, allows the motion of the tiniest building block of matter, the electron, to be stopped in its tracks. Professors Chang, of the University of Central Florida, and Hill, of the University of Maryland, together with their students, use attosecond laser pulses to study electronic charge dynamics on timescales commensurate with its indigenous motion in atomic and molecular systems. Charge migration, as it is known, is central to a variety of important processes such as photosynthesis, radiation damage in biomolecules and photovoltaics used in solar panels. This collaborative project is providing insight into the collective and interactive motion of electrons that are ubiquitous in atoms, molecules and solids. An improved understanding of charge migration will have broad application from controlling the flow of energy within a molecule to tailoring the performance of materials to specific needs.Photoinduced charge separation in molecules is the first step in many chemical processes and central to our understanding of electron correlation and the energy exchange between electronic and nuclear motion responsible for catalysis, photosynthesis, photovoltaics and radiation damage in biomolecules. Comprehensive numerical simulations of complex molecules predict that when an electron is ?suddenly? removed from one end of a chain molecule, such as a small peptide, the hole can move to the other end of the molecule in less than 10 fs, before the electron-nuclear coupling takes place. Intense, isolated attosecond pulses are required to study this naturally-occurring charge migration. Professors Chang and Hill, in a collaborative project between the University of Central Florida (UCF) and the University of Maryland (UMD), exploit the attosecond source at UCF to investigate charge migration in multi-electron atoms (He) and multi-atom molecules (SO2) via attosecond pump - attosecond probe experiments. The pump pulse initiates rapid excitation (in the absence of nuclear motion in the molecular case) while the probe pulse monitors the ensuing charge migration. Two probe techniques are used to ?watch? the charge migration: transient absorption and photoelectron angular distribution. In distinction with previous attosecond studies, where charge migration was investigated in the presence of a strong external infrared field, the UCF-UMD study is probing charge migration subsequent to excitation but in the absence of any external perturbation. As a consequence, this project is providing a clearer understanding of charge separation, energy flow and electron-nuclear charge coupling, which, as stated above, are relevant to a variety of processes associated with chemical reactions, dynamics in condensed matter systems and biological phenomena. A secondary goal of this project is the development of general experimental tools that can be transferred to more complicated systems, such as ABCU (1-azabicyclo [3.3.3] undecane), for which theoretical predictions exist and the excitation spectra fall near those of the model systems of this study.
1800 年代末,闪光摄影使宏观物体的运动减慢到可以提取事件的真实顺序的程度。 近一个世纪后,飞秒脉冲(1飞秒是十亿分之一秒的百万分之一)使原子的运动在分子的形成和分解过程中被冻结,从而改善了化学的微观图景。 短一百万倍的阿秒脉冲的出现,使得物质的最小组成部分——电子——的运动能够停止在其轨道上。 中佛罗里达大学的张教授和马里兰大学的希尔教授与他们的学生一起,使用阿秒激光脉冲在与其在原子和分子系统中的固有运动相称的时间尺度上研究电子电荷动力学。 众所周知,电荷迁移是各种重要过程的核心,例如光合作用、生物分子的辐射损伤以及太阳能电池板中使用的光伏发电。 该合作项目旨在深入了解原子、分子和固体中普遍存在的电子的集体和交互运动。 对电荷迁移的更好的理解将具有广泛的应用,从控制分子内的能量流动到根据特定需求定制材料的性能。分子中的光致电荷分离是许多化学过程的第一步,也是我们理解电子关联的核心电子和核运动之间的能量交换负责生物分子的催化、光合作用、光伏发电和辐射损伤。 对复杂分子的综合数值模拟预测,当电子“突然”出现时,从链分子(例如小肽)的一端移除后,空穴可以在电子-核耦合发生之前在不到 10 fs 的时间内移动到分子的另一端。 研究这种自然发生的电荷迁移需要强烈的、孤立的阿秒脉冲。 Chang 和 Hill 教授在中佛罗里达大学 (UCF) 和马里兰大学 (UMD) 的合作项目中,利用 UCF 的阿秒源来研究多电子原子 (He) 和多原子分子中的电荷迁移(SO2) 通过阿秒泵 - 阿秒探针实验。 泵脉冲启动快速激发(在分子情况下不存在核运动),而探针脉冲监测随后的电荷迁移。 使用两种探测技术来“观察”。电荷迁移:瞬态吸收和光电子角分布。 与之前的阿秒研究不同,之前的阿秒研究是在存在强外部红外场的情况下研究电荷迁移,而 UCF-UMD 研究是在激发后但没有任何外部扰动的情况下探测电荷迁移。 因此,该项目提供了对电荷分离、能量流和电子-核电荷耦合的更清晰的理解,如上所述,这些与化学反应、凝聚态系统动力学和生物现象相关的各种过程相关。 该项目的第二个目标是开发通用实验工具,可以转移到更复杂的系统,例如 ABCU(1-氮杂双环[3.3.3]十一烷),该系统存在理论预测,并且激发光谱接近本研究的模型系统。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Wendell Hill其他文献

Wendell Hill的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Wendell Hill', 18)}}的其他基金

Quantitative Measurements of Relativistic Electron Ejection from the Focus of Petawatt Lasers
拍瓦激光器焦点相对论电子弹射的定量测量
  • 批准号:
    2308905
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Attosecond Electron Dynamics in Polyatomic Molecules Probed by Water Window X-Rays
合作研究:水窗 X 射线探测多原子分子中的阿秒电子动力学
  • 批准号:
    2207771
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Relativistic Thomson Scattering Investigations with in Situ Electrons in the Focus at the Petawatt Level
拍瓦级聚焦原位电子的相对论汤姆逊散射研究
  • 批准号:
    2010392
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Probing Attosecond Dynamics in Atoms and Molecules
合作研究:探测原子和分子的阿秒动力学
  • 批准号:
    1806584
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Student Travel Support to Attend ISUILS15
学生参加 ISUILS15 的交通支持
  • 批准号:
    1648391
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Student Travel Support to Attend ISUILS14 on December 9-13, 2015, in Kauai, Hawaii
学生旅行支持参加 2015 年 12 月 9 日至 13 日在夏威夷考艾岛举行的 ISUILS14
  • 批准号:
    1551885
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Towards deciphering the optimal field - system interaction in femtosecond adaptive control of molecular dynamics
破译分子动力学飞秒自适应控制中的最佳场-系统相互作用
  • 批准号:
    0902221
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Coulomb Explosion Imaging and Adaptive Control of Molecular Dynamics
库仑爆炸成像和分子动力学的自适应控制
  • 批准号:
    0555636
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Strong-Field Imaging of Ultrafast Molecular Dynamics
超快分子动力学的强场成像
  • 批准号:
    0245592
  • 财政年份:
    2003
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Strong-Field Correlation and Control in 2- and 3-Atom Systems
2 和 3 原子系统中的强场关联和控制
  • 批准号:
    0099489
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

基于RABITT方法的原子共振双光子电离阿秒瞬态过程研究
  • 批准号:
    12374264
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目
飞秒激光调控阿秒电荷迁移的机理研究及其在卤代乙炔中的应用
  • 批准号:
    12374267
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
太瓦强激光驱动气体产生宏观高次谐波和阿秒脉冲的理论研究
  • 批准号:
    12364040
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    31 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
基于阿秒光电子干涉的分子强场隧穿电离动力学研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
孤立阿秒脉冲波形劈裂、调控和全光学测量的理论研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Collaborative Research: Attosecond Electron Dynamics in Polyatomic Molecules Probed by Water Window X-Rays
合作研究:水窗 X 射线探测多原子分子中的阿秒电子动力学
  • 批准号:
    2207674
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Attosecond Electron Dynamics in Polyatomic Molecules Probed by Water Window X-Rays
合作研究:水窗 X 射线探测多原子分子中的阿秒电子动力学
  • 批准号:
    2207771
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Probing Attosecond Charge Dynamics in Atoms and Molecules
合作研究:探测原子和分子中的阿秒电荷动力学
  • 批准号:
    1806575
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Probing Attosecond Dynamics in Atoms and Molecules
合作研究:探测原子和分子的阿秒动力学
  • 批准号:
    1806584
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Attosecond Charge Dynamics in Atoms and Molecules
合作研究:原子和分子的阿秒电荷动力学
  • 批准号:
    1506345
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了