Физики движение электрона в молекуле отследили.
Международный коллектив ученых впервые отследил в реальном времени движение электрона в молекуле и показал, что этим процессом можно управлять. Результаты исследования представлены в журнале Science, а коротко о них сообщается в пресс-релизе мфти.
Эксперименты проходили в рамках аттофизики - направления науки, изучающего явления с аттосекундной длительностью (продолжающиеся миллиардные доли миллиардных долей секунды. С помощью аттофизики ученые пытаются отследить сверхбыстрые перемещения электронов в молекулах (перестройку их электронных оболочек. Эти процессы - ключ к пониманию химических и биохимических реакций, поскольку образование новых химических связей и заключается в "Перераспределении" электронов.
Ученые из России, Дании, Бельгии и Канады под руководством Ганса Якоба Вернера из швейцарской высшей технической школы в Цюрихе ранее продемонстировали возможность таких наблюдений. В ходе последних экспериментов они смогли действительно проследить движение электронов с временным разрешением 100 аттосекунд и показать, что ими можно управлять.
В эксперименте использовались молекулы йодацетилена (Hcci), которые представляют собой вытянутые цепочки из четырех 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.
Однако речь идет не 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 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", - рассказал соавтор статьи Олег толстихин, главный научный сотрудник и доцент кафедры теоретической физики мфти.
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 ее скорость.
Кроме того, меняя поляризацию лазера, исследователи продемонстрировали возможность влияния на динамику перестройки в электронной оболочке молекулы лазерным полем - именно это может помочь управлять исходом химических реакций.