近日，由中国科学院近代物理研究所原子物理中心张瑞田研究员团队主导，与天津大学、捷克布拉格理工大学以及中山大学合作，在《化学物理杂志》上发表了一项最新研究成果。该研究通过高精度实验与分子动力学模拟，首次揭示了分子电偶极矩（EDM）在一氧化碳（CO）二聚体和三聚体库仑爆炸过程中的关键作用。这一发现为分子尺度上的环境效应研究提供了新视角。

图 1：CO分子二聚体和三聚体的构型

分子电偶极矩是衡量分子中电荷分布不对称性的关键参数，对理解分子行为至关重要。此次实验在近代物理所320kV低能高电荷态离子综合电子书离子源平台完成。研究团队利用40 keV能量Ar²⁺离子束与CO团簇（二聚体和三聚体）碰撞，通过冷靶反冲离子动量谱仪精确捕捉了带电分子团簇的库仑爆炸过程,并测量动能释放（KER）分布情况。实验结果显示，爆炸过程中动能释放（KER）分布与传统的点电荷模型预测存在显著差异，核间距与动能释放之间的关系需要更高阶的近似模型来解释。

图 2 ：冷靶反冲离子动量谱仪装置

为了解释这一实验现象，科研人员在传统的点电荷模型基础上，引入了更高阶的电荷分布模型，并特别考虑了CO⁺的电荷分布和电偶极矩。结果表明，偶极作用诱导了CO⁺碎片的转动激发。这种能量传递机制充分解释了实验与理论之间的差异，同时揭示了库伦爆炸过程偶极相互作用诱导的CO⁺碎化。

下一步，研究团队计划将这一研究方法扩展到其他分子体系，探索不同分子结构和电荷分布在库仑爆炸过程中的影响。同时，通过改进实验技术和模拟方法，进一步揭示分子尺度上的环境效应，为离子辐照生物和天体环境生命分子合成等相关研究领域的复杂微观机理提供了重要的基准理论支持和实验依据。

图 3 ：KER和带电碎片含时演化

近代物理所博士研究生张弛军是论文的第一作者。该研究得到中国科学院战略性先导科技项目，国家重点研发计划，国家自然科学基金和广东基础和应用基础研究基金的资助。

论文链接：Electric-dipole-momentum sensitive Coulomb explosion in doubly ionized CO dimer and trimer: An environmental effect at molecular-scale （https://doi.org/10.1063/5.0244051）