图1 实验示意图，应用三体库仑爆炸成像方法结合泵浦-探测技术，拍摄“分子电影”

赝转动（Pseudorotation）是一种分子内原子的集体运动，分子具有相同能量的不同构象可以通过赝转动实现快速转换，进而导致一种独特的分子超快异构化过程。赝转动在物理和化学领域都有重要应用，它在凝聚态体系中表现为电子-晶格耦合驱动的集体涨落，影响材料相变与电子性质；在光化学过程中可显著影响反应机制及其路径。赝转动与分子自发性对称性破却机制密切相关，可通过Jahn-Teller（JT）效应等非绝热机制产生。之前关于赝转动的实验研究主要基于特征光谱方案，对该过程产生的分子结构演化实时成像尚未实现。

图2 势能面上不同位置对应分子结构示意图以及计算得到的键角概率密度随的时间演化

近期，研究团队利用时间分辨库仑爆炸成像技术，结合理论分析计算，发现了苯分子离子高激发态的JT效应导致其发生赝转动，并实现了对其高时空分辨瞬态结构成像。

在实验上研究者发现二价母体离子以及两体库仑爆炸通道的产率中存在一个新奇振荡，其周期约600飞秒，远长于苯分子任何本征振动模式的振动周期。通过量子波包动力学模拟，证实这一超长周期振荡源于苯阳离子的赝转动，波包演化过程中碳骨架键角分布存在周期约600 fs的变化。激发态的苯阳离子六个键角中两两等值，共存在三个大小不同的键角，初始分别为116°、121°、125°。在赝转动过程中，这些键角发生快速变化，经过 300飞秒分别变为113°、118°、123°，之后再经过300 fs 又变回初始分布。这一周期对应于Jahn-Teller效应所诱导的两个相干振动态之间的量子拍频。研究者进一步利用时间分辨的三体库仑爆炸成像方法，在动量空间上直接观测到了上述苯分子碳骨架键角的周期性改变。本工作揭示了典型赝转动产生过程的非绝热机制，并呈现了苯阳离子在不同异构体间快速演化的“分子电影”，为研究复杂多原子分子的自发性对称性破缺机制以及电子-核的相干演化动力学奠定了基础。

该工作于日前正式发表于Nature Communications 17, 874 (2026)，吉林大学博士研究生刘泽槿，上海交通大学博士后张明为文章共同第一作者，王春成、张栋栋、丁大军及李铮为该文章的共同通讯作者。

全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67594-8