理解多电荷分子的解离动力学过程，对于探究复杂多体关联效应和解析化学反应机制具有重要意义。多电荷分子解离过程通过获取分子解离片段的空间构型、出射角度及能量，能够重构激发态分子离子的初始状态，在理解复杂分子动力学过程方面发挥着重要作用。然而，传统的从头算分子动力学模拟在研究分子激发态解离动力学时，通常基于绝热近似方法，忽略了电子-原子核耦合所带来的非绝热效应，因此难以准确揭示分子初始激发态对其解离动力学过程的影响规律。

图1 基于非绝热动力学的分子解离动力学理论模拟数据与实验结果对比

针对以上难题，西安交通大学物理学院先进功能材料与器件物理团队杨涛特聘研究员课题组，联合学院任雪光教授课题组及陕西师范大学张松斌教授课题组发展了基于即时非绝热分子动力学（on-the-fly non-adiabatic molecular dynamics）的框架理论方法，实现了对激发态分子解离动力学过程的非绝热动力学模拟。在此框架方法上，以多电荷二氧化碳分子激发态解离的库伦爆炸成像过程为研究对象，通过理论模拟结合实验观测的研究方法，阐明了初始激发态及多态耦合对于解离动力学机制的影响规律，即低激发态主要诱导伴随中间产物的次序三体解离，而高激发态则主导直接的协同三体解离过程。理论模拟所获得的动能释放谱、达里兹图、牛顿图等图谱不仅能高度复现实验观测结果，也实现了对实验重叠光谱特征的态分辨解析。上述研究将推进基于非绝热理论的激发态分子解离动力学过程模拟方法的发展，也将促进对复杂多体关联效应和化学反应机制的深入理解。

该成果以《即时非绝热分子动力学揭示多电荷分子解离机制》(On-the-Fly Non-adiabatic Molecular Dynamics Reveals Dissociation Mechanisms of Multiply-Charged Molecules)为题发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。西安交通大学物理学院为该论文的第一完成单位。西安交通大学物理学院博士生刘栋为论文第一作者，博士生张晨锴和郝鑫泰为论文共同第一作者，杨涛特聘研究员、任雪光教授，陕西师范大学张松斌教授及宫毛毛副教授为论文共同通讯作者。研究工作得到了西安交通大学杨志懋教授和孔春才教授给予的重要指导。该研究获得了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划以及中央高校基本科研业务费的支持。