飞秒晶体成像技术揭示原子复杂运动

了解物质的行为对于推动生物、化学和材料科学等领域的发展至关重要。X射线结晶学使科学家能精确地确定分子结构。韩国基础科学研究所科学家首次利用时间分辨连续飞秒晶体成像技术（TR-SFX），以原子分辨率实时观察到蛋白质以外系统中的分子运动。

TR-SFX此前仅限于对蛋白质样品的研究。此次，研究人员首次将TR-SFX应用于蛋白质以外的系统。他们选择的材料是一种名为PCN（多孔配位网络）-224（Fe）的样品。样品由吸附在铁衍生物上的一氧化碳（CO）和金属有机框架中重复出现的锆团簇组成。

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PCN–224（Fe）的时间分辨连续飞秒晶体成像技术实验方案。

研究团队的设置揭示了从100飞秒到3纳秒的总共33个时间点的晶体结构。这比之前的蛋白质TR-SFX研究更进一步，以前通常只报告大约10个时间点的晶体结构。这种时间分辨率的大幅提高，能更准确地表示长时间内的结构变化。

研究识别出3种不同的结构变化路径：铁原子被拉向卟啉环平面；锆和铁原子的声子模式；随温度升高的随机振动运动。研究表明，将TR-SFX测量应用于化学体系是可能的。

这项研究首次使用串列晶体学实时观察分子行为，标志着一个重要的科学里程碑。通过使用TR-SFX提供高时空分辨率，该团队能实时捕捉固态分子的微小结构变化。