单分子的回声现象，一直是学界的难点。华东师大今天传来好消息，该校精密光谱科学与技术国家重点实验室科研团队利用超快飞秒激光和符合探测技术，首次实验观测到了单分子体系内的超快振动回声。研究成果已发表在业界顶尖的Nature Physics杂志上，并被作为“2020中国光学十大进展”候选推荐。
声波的回声是一种常见的自然现象，当声波在传播过程中遇到障碍物时，将被反射形成回声。回声存在于许多物理系统中，如自旋回声、光子回声、等离子波回声、粒子加速器回声等。回声现象在很多方面都有着非常重要的应用，例如医学上利用电子自旋回声进行核磁共振成像。
但过去，回声被广泛认为是一种存在于多粒子系综内的集体响应。华东师大吴健教授和以色列魏兹曼研究所的教授在合作研究该项目时，吴健教授团队首次在单分子层面实验观测到了振动波包量子回声现象。
实验中，研究人员利用两束400 nm的飞秒激光脉冲激发振动回声波包，当两束脉冲延时为T时，通过泵浦-探测技术，第三束800 nm的探测光可在2T附近观测到回声信号。由于波包内的不同振动态具有不同的能量，三个明显的振荡周期过后，波包发生退相。研究人员在tp=1.36ps时施加第二束飞秒激光脉冲，利用交流斯塔克效应和解离损耗两种机制产生回声。扫描探测光的延时，使得波包发生解离即可“拍摄”振动波包回声的时间演化行为。
以色列魏兹曼研究所的研究团队的半径典和全量子理论模拟，很好地重现了实验的观测结果，验证了单分子回声产生的物理机制。分子振动波包回声在其他体系内具有普适性，随着探测技术的发展，研究人员有望借助单分子振动回声揭示大分子的内部的超快动力学过程和更多的物理信息。
来源：周到上海 作者：李星言
