Ultrafast Picometer-Resolved Molecular Structure Imaging by Laser-Induced High-Order Harmonics

飞秒 阿秒 超短脉冲 谐波 高次谐波产生 激光器 时间分辨率 偶极子 光学 物理 图像分辨率 量子力学 电压
作者
Lixin He,Chi Hong Yuen,Yanqing He,Siqi Sun,E. Goetz,Anh-Thu Le,Yu Deng,Chengqing Xu,Pengfei Lan,Peixiang Lu,C. D. Lin
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:133 (2) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physrevlett.133.023201
摘要

Real-time visualization of molecular transformations is a captivating yet challenging frontier of ultrafast optical science and physical chemistry. While ultrafast x-ray and electron diffraction methods can achieve the needed subangstrom spatial resolution, their temporal resolution is still limited to hundreds of femtoseconds, much longer than the few femtoseconds required to probe real-time molecular dynamics. Here, we show that high-order harmonics generated by intense femtosecond lasers can be used to image molecules with few-ten-attosecond temporal resolution and few-picometer spatial resolution. This is achieved by exploiting the sensitive dependence of molecular recombination dipole moment to the geometry of the molecule at the time of harmonic emission. In a proof-of-principle experiment, we have applied this high-harmonic structure imaging (HHSI) method to monitor the structural rearrangement in NH_{3}, ND_{3}, and N_{2} from one to a few femtoseconds after the molecule is ionized by an intense laser. Our findings establish HHSI as an effective approach to resolve molecular dynamics with unprecedented spatiotemporal resolution, which can be extended to trace photochemical reactions in the future.

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