Sporing af energistrøm i store molekyler

Absorption af lysenergi af store molekyler er det, der driver naturen:fotosyntese, vision, syntesen af ​​D -vitamin og mange andre kritiske processer bruger lysenergi til at udføre deres funktioner.

Absorption af lys kan også have negative virkninger:Overeksponering for sollys skader DNA og kan forårsage melanom. Naturen har udviklet måder at omgå sådanne effekter. For eksempel, beskyttelse af huden opnås ved effektivt at føre energien, der absorberes af DNA, tilbage til dets oprindelige (eller jordede) tilstand, hvor det var før absorption af lys.

Denne proces med energiflow, finder sted inden for ultrakorte tidsskalaer på tiere til hundredvis af femtosekunder (1 fsek =10 ^-15 sekunder), er universel for alle polyatomiske molekyler. Derfor, identifikation af energistrømmets veje er ikke kun afgørende for at forstå naturen, men også til en lang række applikationer.

Energistrømmen fortsætter gennem tragte, der kaldes "koniske kryds". Dette er punkter i molekylets energilandskab, hvor forskellige elektroniske energiniveauer krydser hinanden. Begrebet koniske kryds bruges universelt til at forklare energistrøm i polyatomiske molekyler. Endnu, de er aldrig blevet observeret! Der blev foreslået forskellige strategier for at opdage dem, men i øjeblikket, ingen virker eksperimentelt mulig.

Et team af forskere fra laboratoriet af Majed Chergui ved EPFL i Lausanne Center for Ultrafast Science, laboratoriet af Albert Stolow (University of Ottawa), og Michael Schuurmans laboratorium (NRC-Ottawa) har nu udtænkt en entydig tilgang til at detektere koniske kryds i polyatomiske molekyler. Fremgangsmåden anvender tidsopløst røntgenspektroskopi (banebrydende af gruppen af ​​Majed Chergui), der er i stand til at detektere elektroniske strukturændringer med elementselektivitet, når energien flyder gennem det koniske skæringspunkt.

Forskerne udførte computersimuleringer af energistrøm over ethylenmolekylet, en model for en bred klasse af molekyler af biologisk interesse. Simuleringerne afslørede et klart og utvetydigt fingeraftryk af passagen gennem de koniske krydsninger ved en ændring af ladning ved kulstofatomerne.

"At identificere koniske kryds er noget fotobiologer og fotokemikere længe har drømt om, og det åbner op for ny indsigt for spændende fremtidige udviklinger," siger Majed Chergui.