上海交大在单分子的超快原子分辨成像上取得新进展

超快激光与分子相互作用时可以改变分子的取向，本实验中利用4束超快激光相干地对二氧化碳分子进行操控，使得激光焦点的空间区域内的大量分子（约1012个分子，相比单个分子的信号提高约12个量级）在约100飞秒的时间窗口内处于近乎相同的取向，形成了瞬时的分子“晶体”。得益于兆伏特超快电子衍射装置的高时间分辨率，可以在这100飞秒的短暂时间内完成对准直的分子“晶体”进行衍射成像，并成功反演出二氧化碳的原子分布（线性分子，碳-氧间距为1.13埃，氧-氧间距为2.26埃），实现了0.7埃的原子级空间分辨。

利用四束超快激光提高分子的准直度；准直状态下的衍射斑及重建的分子分布

这项工作将相干衍射成像技术拓展到单分子的尺度，实现了一种新颖的单分子结构解析方法，该方法结合三维准直及分子降温技术后，有望应用于更复杂的生物大分子结构解析。此外，将分子准直后再开展泵浦-探测实验，可实现在分子坐标系下研究分子的动力学，有望比实验室坐标系下的研究获得更多的信息。

本工作主要由国家重点研发计划（No. 2021YFA1400202），国家自然科学基金（No. 11925505, 12005132, 11504232 and 11721091）和上海市科委重大项目 (No. 16DZ2260200) 资助，上海交通大学物理与天文学院博士生马卓然、助理研究员邹晓及博士后赵凌荣为文章共同第一作者。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2122793119