|
Научились управлять движением электронов в молекуле
|
|
|
|
Международная группа ученых, в составе которой российские исследователи, впервые отследила в реальном времени перемещение электрона в молекуле и показала, что такими процессами можно управлять — в будущем это даст возможность непосредственно управлять ходом химических реакций и биологических процессов, статья об этом опубликована в Science.
|
|
|
| Авторы исследования, экспериментаторы под руководством Ганса Якоба Вернера
из швейцарской Высшей технической школы в Цюрихе (http://www.atto.ethz.ch)
и теоретики из России, Дании, Бельгии и Канады, включая главного научного
сотрудника и доцента кафедры теоретической физики МФТИ Олега Толстихина,
занимаются так называемой "аттофизикой" — изучением явлений, которые продолжаются
аттосекунды, то есть миллиардные доли миллиардных долей секунды (10-18 секунды).
|
 |
|
С помощью методов аттофизики ученые пытаются отследить сверхбыстрые перемещения электронов в молекулах — перестройку их электронных оболочек. Эти процессы являются ключом к пониманию химических и биохимических реакций, поскольку образование новых химических связей и заключается в "перераспределении" электронов. Ранее группа во главе с Вернером уже провела серию экспериментов, которые показали возможность таких наблюдений, теперь же им удалось действительно проследить движение электронов с временным разрешением 100 аттосекунд и показать, что ими можно управлять.
|
|
|
|
"В работе наблюдалась миграция электронов вдоль линейной молекулы. Нам впервые удалось увидеть движение электронов, как это все происходит, детально. Кроме того, мы показали, что можно управлять этим движением, а значит, в принципе, можно управлять исходом химических реакций", — приводятся в сообщении МФТИ слова Толстихина.
|
|
|
|
В эксперименте ученые использовали молекулы йодацетилена (HCCI), которые представляют собой вытянутые цепочки из четырёх атомов — водорода, двух атомов углерода и атома йода. Под действием мощных и очень коротких лазерных импульсов конфигурация электронной оболочки молекулы менялась: в ней возникала "дырка" —вакантное место, которая затем начинала колебаться, перемещаясь от одного конца молекулы к другому.
|
|
|
|
Толстихин подчёркивает, что здесь речь не идёт о перемещении в буквальном смысле слова, как в классической физике. "В результате туннельной ионизации в сильном лазерном поле возникает суперпозиция двух квантовых состояний дырки: подобно коту Шредингера, который одновременно и жив, и мертв, в этой суперпозиции дырка одновременно может быть найдена на разных концах молекулы. Вероятности найти дырку на том каждом из концов осциллируют со временем, что и создает эффект миграции дырки вдоль молекулы. Дырка перемещается от конца к концу, и характерное время этого движения — порядка 100 аттосекунд", — говорит учёный.
|
|
|
|
Облучая ориентированные молекулы мощными лазерными импульсами ученые смогли получить спектры высоких гармоник, которые отражали состояние электронной оболочки молекулы. В этом эксперименте впервые был получен весь набор информации, включая относительные фазы гармоник, необходимый для восстановления динамики дырки. Работа теоретиков заключалась в том, чтобы вычленить из собранных данных информацию об этой динамике, научиться расшифровывать спектры, подобно тому, как астрофизики по доплеровскому смещению в спектре звезды могут измерить её скорость.
|
|
|
|
"Реально мы наблюдаем не положения электронов, а спектр высоких гармоник, который возникает в процессе взаимодействия мощного импульса лазера с молекулой. Из этих спектров, которые косвенно связаны с движением дырки, её положение можно восстановить, что мы и сделали", — говорит Толстихин.
|
|
|
|
Кроме того, меняя поляризацию лазера исследователи продемонстрировали возможность влияния на динамику перестройки в электронной оболочке молекулы лазерным полем. "Именно это может, в конечном счете, позволить управлять исходом химических реакций. Если у вас какая-то смесь, где химические реакции могут закончиться разными исходам, вы сможете, выбирая нужную форму импульса, выбирать нужный для вас исход", — говорит Толстихин.
|
|
|
|
По его словам, очень характерным и типичным для современных научных исследований является интернациональный состав участников. Именно синергия знаний и опыта пяти групп физиков из разных стран позволил достичь поставленной цели, отметил он.
|
|
|
|
http://ria.ru/science/20151022/1306567924.html
|
