超快激光與分子相互作用時(shí)可以改變分子的取向，本實(shí)驗(yàn)中利用4束超快激光相干地對(duì)二氧化碳分子進(jìn)行操控，使得激光焦點(diǎn)的空間區(qū)域內(nèi)的大量分子（約1012個(gè)分子，相比單個(gè)分子的信號(hào)提高約12個(gè)量級(jí)）在約100飛秒的時(shí)間窗口內(nèi)處于近乎相同的取向，形成了瞬時(shí)的分子“晶體”。得益于兆伏特超快電子衍射裝置的高時(shí)間分辨率，可以在這100飛秒的短暫時(shí)間內(nèi)完成對(duì)準(zhǔn)直的分子“晶體”進(jìn)行衍射成像，并成功反演出二氧化碳的原子分布（線性分子，碳-氧間距為1.13埃，氧-氧間距為2.26埃），實(shí)現(xiàn)了0.7埃的原子級(jí)空間分辨。

利用四束超快激光提高分子的準(zhǔn)直度；準(zhǔn)直狀態(tài)下的衍射斑及重建的分子分布

這項(xiàng)工作將相干衍射成像技術(shù)拓展到單分子的尺度，實(shí)現(xiàn)了一種新穎的單分子結(jié)構(gòu)解析方法，該方法結(jié)合三維準(zhǔn)直及分子降溫技術(shù)后，有望應(yīng)用于更復(fù)雜的生物大分子結(jié)構(gòu)解析。此外，將分子準(zhǔn)直后再開展泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)在分子坐標(biāo)系下研究分子的動(dòng)力學(xué)，有望比實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系下的研究獲得更多的信息。

本工作主要由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No. 2021YFA1400202），國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 11925505, 12005132, 11504232 and 11721091）和上海市科委重大項(xiàng)目 (No. 16DZ2260200) 資助，上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院博士生馬卓然、助理研究員鄒曉及博士后趙凌榮為文章共同第一作者。

論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2122793119