水和其他极性介质中的分子会受到强大的电力作用。这些力源自它们的液体环境，在环境温度下会经历超快的结构波动。一种新方法绘制分子在超短太赫兹脉冲电场中的光吸收，以确定电相互作用的强度和动力学。

分子间电力的新动态探针

外部电场中光学跃迁的光谱偏移，即所谓的斯塔克效应，是光与物质相互作用中的基本量子效应，提供有关原子和分子特性的信息。到目前为止，斯塔克效应主要在静止条件下进行研究，以阐明单个量子系统和/或系综的时间平均行为。相比之下，时间分辨测量允许观察瞬态特性并深入了解原子尺度的过程。

来自柏林MaxBorn研究所和慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universität的科学家现在已经使用太赫兹频率范围(1THz=10·12Hz)的强电场来改变染料分子在液体溶液中的光吸收，并跟踪超快吸收时间的变化。

他们在TheJournalofPhysicalChemistryLetters中报告说，与持续时间为1ps(1ps=10-12s)的THz脉冲的相互作用显着拓宽了分子的电子吸收光谱。这种瞬态效应提供了分子与外部电场耦合的定量洞察力，同时允许校准来自溶剂的电场。详细的理论分析表明，吸收带的光谱形状受液体中波动的电力控制。

在实验中，超短太赫兹脉冲与染料甜菜碱30的溶液相互作用(图1)。作用在分子上的太赫兹电场在金属天线结构的帮助下得到增强，最大值达到3.6兆伏/厘米(MV/cm，图2a)，相当于溶剂波动场的大约三分之一.分子吸收的瞬时变化由100-fs持续时间的探测脉冲监测。通过改变两个脉冲之间的延迟来记录时间演变。

太赫兹电场的时间演变如图2a所示，时间相关的太赫兹强度如图2b所示(实线)。在图2c中，染料溶液(符号)的吸收变化被绘制为频率(底部横坐标)和波长(上部横坐标)的函数。蓝色实线表示没有太赫兹场时的固定吸收光谱。静止光谱中心的瞬态吸收减少和低频和高频侧翼的吸收增加对应于太赫兹电场引起的瞬态光谱展宽。随着时间的推移，这种变宽遵循太赫兹强度(图2b，符号)，而溶剂对吸收变化的贡献不存在。在测量的超短时间尺度上，溶剂在结构上“冻结”。

在液体溶液中，存在染料分子的无序集合，每个分子都具有永久的电偶极矩(图1)。这种偶极子与太赫兹电场的相互作用改变了基态S0和第一激发态S1之间的电子跃迁频率(图1中的能级图)。相互作用强度以及光谱偏移的符号和量由太赫兹场在分子偶极矩方向上的投影决定。结果，图2c中的瞬态光谱反映了染料分子的东方平均行为.光谱展宽的定量分析给出了电耦合强度，并允许对溶液中的电场进行实验校准。除了这一基本见解之外，场引起的吸收变化的超快和完全可逆特性可能会导致在光开关和调制器中的应用。