中国科学技术大学朱林繁教授团队与中国科学院高能物理研究所徐伟研究员团队通力合作，利用高能同步辐射光源（HEPS）高分辨谱学线站ID33的“乾坤”谱仪，首次测量了C60 (富勒烯)分子宽能量、宽动量范围的绝对动力学结构因子，并首次揭示出在24 eV处存在新的非偶极激发。相关成果10月1日以“Momentum-resolved non-resonant inelastic x-ray scattering study of C60” 为题发表于《The Journal of Chemistry Physics》，并被选为编辑推荐（Editors' Pick）。该工作是高分辨谱学线站ID33站首篇用户科学成果。
自1985年C60被发现以来，因其高度对称的几何结构和独特的电子性质，一直是物理与化学领域的重要研究对象。C60兼具“分子”与“团簇”的双重身份：其价电子高度离域、表现出显著的集体激发行为，而芯电子则保持局域的原子特征。这种“集体价电子响应”与“局域芯能级跃迁”并存的特性，使C60成为研究从孤立原子向类体相团簇过渡行为的理想模型体系。然而，对于C60这类大分子体系，其电子激发的精确从头（ab initio）计算仍面临巨大挑战，实验测量成为揭示其电子激发的唯一手段。此前基于电子能量损失谱和非弹性X射线散射的实验研究，或受限于有限的动量转移范围，或仅提供相对截面，导致C60电子结构的动量转移依赖激发机制尚不完全清楚。
图1. C60在不同动量转移下的绝对动力学结构因子S(q, ω)。
本工作依托HEPS 高分辨谱学线站ID33，在约10 keV入射光子能量、1.0 eV能量分辨条件下，获得了C60在5–500 eV能量损失范围及0.63–5.10 a.u.动量区间的动力学结构因子S(q, ω)，揭示了C60能量-动量-激发概率的完整三维信息，如图1所示。同时，实验还识别出24 eV处的非偶极跃迁，得到了芯激发高精度的广义振子强度。
HEPS及高分辨谱学线站ID33 “乾坤”谱仪的卓越性能为上述成果的取得创造了条件：第四代同步辐射具有极高的亮度，相比第三代提升2个量级；乾坤谱仪在竖直（乾）和水平（坤）两个散射平面内共有5个探测模组合计75块能量分析晶体，可同时测量高达25个角度的散射光子信号，大幅提高了实验效率及计数率，为微弱的非偶极激发信号的识别和宽能量、宽动量范围的截面测量提供了可能。本工作表明，HEPS“乾坤”谱仪性能优异，为复杂分子体系电子激发动力学研究提供了强大的非弹性X射线散射实验平台。
审稿人对该工作给予了高度评价：“The research is exceptional, …and the resulting absolute GOS data, which covers 5 - 500 eV of excitation energy, is of excellent quality.”（这项研究非常出色…，获得的绝对GOS（广义振子强度,Generalized Oscillator Strength）数据覆盖了5- 500eV的激发能量，质量非常高。）另一审稿人还指出：“Relative to other NRIXS studies of C60, this study is distinguished by the larger excitation energy covered and the quantitative nature of the derived GOS results. A very impressive study.”(与其他的C60NRIXS研究相比，这项研究的亮点在于覆盖了更宽的激发能量范围且得到了定量的GOS，是一项令人印象深刻的研究。）
论文第一作者为中国科学技术大学博士生唐瑞琦，通讯作者为陈锦峰（中国科学技术大学）、徐伟（中国科学院高能物理研究所）和朱林繁（中国科学技术大学）。 该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划及广东省基础与应用基础研究基金的支持。
论文链接：https://pubs.aip.org/aip/jcp/article/165/13/134303/3405618
实验后部分成员在ID33合影 (从左到右: 唐瑞琦，郭志英, 朱林繁, 徐伟, 张玉骏, 陈锦峰)
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