Новости химической науки > Впервые получено изображение атомов, движущихся в молекуле

Исследователи из Университетов Огайо и Канзаса впервые смогли получить изображения атомов, движущихся в молекуле.

С помощью ультрабыстрого лазера исследователи выбивали электрон из молекулы и регистрировали дифракционную картину, возникающую при рассеивании электрона в объеме молекулы. На изображении можно увидеть все изменения, которым подвергается молекуле в период между лазерными импульсами, время между импульсами составляло 10^-15 с. Движение атомов визуализировано по величине возрастания углового момента - от темно-синего до розового, розовым цветом обозначена область самого большого по величине углового момента. (Рисунок из Nature, 2012 483, 194)

С помощью ультрабыстрого лазера исследователи выбивали электрон с молекулярной орбитали и регистрировали дифракционную картину, возникающую при рассеивании электрона в объеме молекулы и возвращении электрона на свой уровень. Руководитель исследования, Луи ДиМауро (Louis DiMauro) из Университета Огайо заявляет, что использованный при выполнении исследования подход представляет собой не только первый шаг в наблюдении за протеканием химических реакций, но и к контролю за протеканием химических реакций на атомном уровне.

ДиМауро заявляет, что проведенные эксперименты демонстрируют возможность контроля квантовой траектории электрона, возвращающегося на свою молекулярную орбиталь просто за счет перенастройки лазера, активирующего этот электрон. На следующем этапе исследователи планируют проверить, можно ли управлять движением таким образом, чтобы контролировать протекание химической реакции.

Стандартная методика для получения изображения такого объекта, как молекула, заключается в бомбардировке объекта пучком электронов, в результате которой ежесекундно молекула подвергается воздействию миллионов электронов. Новый подход исследователей позволил им наблюдать быстрое движение молекул, теоретические основы этой возможности были предсказаны группой исследователей из Университета Канзаса.

Методика, получившая название индуцированная лазером дифракция электронов [laser induced electron diffraction (LIED)] обычно применяется для изучения твердых материалов в химии поверхностных явлений, однако исследователи из группы ДиМауро впервые использовали ее для изучения простых молекул -N₂ и O₂.

При изучении обеих молекул исследователи воздействовали на молекулы лазерными импульсами длительностью в 50 фемтосекунд. Такой импульс позволял выбить один электрон с внешней оболочки молекулы и детектировать рассеянный сигнал, возникающий, когда этот электрон возвращается в молекулу. Дифракционная картина, фиксирующаяся при таком возвращении электрона, позволяет реконструировать размеры и форму молекулы, а точнее - положение ядер, образующих молекулу.

ДиМаури полагает, что разработанный им метод в перспективе может оказаться полезным не только для изучения динамического поведения материи и установления деталей особенностей протекания химических реакций, но, возможно, в долгосрочной перспективе метод может найти применение даже и в промышленных процессах.

Источник: Nature, 2012 483, 194; doi:10.1038/nature10820

метки статьи: #аналитическая химия, #квантовая химия, #природа химической связи, #реакционноспособные частицы, #физическая химия