Физики научились управлять движением электрона в молекуле
Международный коллектив научных работников впервые отследил в реальном времени перемещение электрона в молекуле и продемонстрировал, что этим процессом можно управлять.
Итоги исследования представлены в журнале Science, а коротко о них рассказывается в пресс-релизе МФТИ, поступившем в редакцию "Ленты.ру".
Опыты проходили в рамках аттофизики - направления науки, изучающего явления с аттосекундной длительностью (продолжающиеся миллиардные доли миллиардных долей секунды). При помощи аттофизики научные работники хотят отследить сверхбыстрые движения электронов в молекулах (перестройку их электронных оболочек). Данные процессы - ключ к пониманию химических и биохимических реакций, так как образование новых химических связей и заключается в "перераспределении" электронов.
Научные работники из России, Дании, Бельгии и Канады под управлением Ганса Якоба Вернера из швейцарской Высшей технической школы в Цюрихе ранее продемонстировали возможность таких исследований. В ходе последних экспериментов они смогли на самом деле проследить движение электронов с временным разрешением 100 аттосекунд и продемонстрировать, что ими можно управлять.
В опыте применялись молекулы йодацетилена (HCCI), которые являют из себя вытянутые цепочки из 4 атомов - водорода, 2 атомов углерода и атома йода. Под действием мощных и чрезвычайно коротких лазерных импульсов конфигурация электронной оболочки молекулы изменялась: в ней возникала "дырка" - вакантное место, которая потом начинала колебаться, перемещаясь от 1-го конца молекулы к иному.
Но речь идет не о перемещении в буквальном смысле слова, как в традиционной физике. "В следствии туннельной ионизации в сильном лазерном поле возникает суперпозиция 2-ух квантовых состояний дырки: аналогично коту Шредингера, который сразу и жив, и мертв, в данной суперпозиции дырка в одно и тоже время может быть обнаружена на разных концах молекулы. Вероятности обнаружить дырку на каждом из концов осциллируют с годами, что и создает эффект миграции дырки вдоль молекулы. Дырка перемещается от конца к концу, и характерное время этого движения - около 100 аттосекунд", - изложил соавтор статьи Олег Толстихин, основной научный работник и доцент кафедры теоретической физики МФТИ.
Облучая ориентированные молекулы сильными лазерными импульсами, научные работники сумели получить спектры больших гармоник, которые отображали состояние электронной оболочки молекулы. В данном эксперименте впервые был получен весь набор информации, включая условные фазы гармоник, нужный для регенерации динамики дырки. Работа теоретиков заключалась в том, дабы вычленить из собранных данных информацию об этой динамике, обучиться расшифровывать диапазоны, аналогично тому, как астрофизики по доплеровскому смещению в спектре звезды могут измерить ее скорость.
Также, меняя поляризацию лазера, исследователи продемонстрировали возможность влияния на динамику перестройки в электронной оболочке молекулы лазерным полем - именно это может помочь управлять финалом химических реакций.
|
