Инфракрасная абсорбционная спектроскопия одиночного многоатомного молекулярного иона

Абсорбционная спектроскопия является фундаментальным инструментом исследования молекулярной структуры. Однако проведение абсорбционной спектроскопии отдельных молекул затруднено из-за низкого отношения сигнал/шум. Здесь мы сообщаем о неразрушающей абсорбционной спектроскопии вибрационного перехода в среднем инфракрасном диапазоне в одиночном молекулярном ионе, совместно удерживаемом с атомным ионом. Поглощение одного фотона регистрируется по передаче его импульса молекуле. Этот сигнал отдачи усиливается с использованием неклассического состояния движения двухионного кристалла, а затем считывается атомным ионом. Мы характеризуем метод регистрации отдачи и используем его для исследования взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с валентным колебанием O–H в отдельных молекулярных ионах CaOH⁺. Кроме того, мы представляем спектр вибрационного перехода, полученный с чувствительностью к одиночному фотону. Этот метод может обеспечить возможность неразрушающего определения состояния сложных многоатомных молекул для подготовки и измерения квантового состояния широкого спектра молекулярных видов.