Modificeret optisk centrifuge har potentiale til at åbne op for nye måder til undersøgelse af superrotors

Brug af proptrækkerformede laserimpulser, forskere ved DESY har udtænkt en sofistikeret optisk centrifuge, der kan få molekyler til at rotere hurtigt om en ønsket molekylær akse. Den innovative metode åbner op for nye måder at kontrollere og studere superhurtige spinnende molekyler, kaldet superrotors. Indtil nu, optiske centrifuger kan kun få molekyler til at rotere omkring en bestemt akse. Den nye ordning lader forskere vælge mellem to akser. Alec Owens, Andrey Yachmenev og Jochen Küpper fra gruppen Controlled Molecule Imaging (CMI) på Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) rapporterer deres teoretiske koncept i Journal of Physical Chemistry Letters .

Optiske centrifuger, bygget af roterende laserpulser, kan få molekyler til at dreje hurtigere end ti billioner gange i sekundet. Disse molekylære superrotorer har afsløret uventet adfærd og er interessante mængder til undersøgelser af spredning, spektroskopi, og dynamik. Superrotors kan bringe væsentlig energi ind i kollisioner og på samme tid, opføre sig som små bitte gyroskoper, der er mere modstandsdygtige over for kollisioner og nyorientering.

"Kontrol af ultrahurtig rotationsbevægelse af molekyler har oplevet enorme fremskridt i de seneste år takket være udviklingen af ​​innovative teknikker inden for stærkfeltlaserfysik, "siger Owens, som også er tilknyttet Hamburg Center for Ultrafast Imaging CUI. Eksisterende optiske centrifuger fælder altid molekyler langs aksen, hvor molekylets elektriske ladninger lettest kan rystes rundt for at danne en såkaldt dipol. Molekylets akse følger derefter det roterende laserfelt og begynder at snurre hurtigere og hurtigere.

CMI -teamet udviklede nu en metode, der bruger en proptrækkerlaser, der gentagne gange tændes og slukkes. Denne modificerede optiske centrifuge gør det muligt at vælge den akse, som molekylet roterer om. Ved hjælp af eksemplet med hydrogensulfid (H2S), undersøgelsen viser, hvordan rotationen af ​​asymmetriske molekyler kan kontrolleres, vælge mellem to forskellige molekylære akser. Tænd og sluk for proptrækkerlaseren kan opnås ved at tilføje en modificerende pulskonvolut, der er overlejret laserfeltet. På denne måde kan molekylerne spændes langs forskellige veje i rotationstilstande, i sidste ende fører til rotation omkring en af ​​to forskellige akser.

"En sådan ordning til styring af et molekyls vinkelmomentjustering vil være nyttig i undersøgelser af molekyl-molekyle eller molekyl-overfladespredning, hvor du kan ændre resultatet og studere stereodynamikken i en spredningshændelse ved at styre rotationsaksen, "forklarer Yachmenev. Lige så gavnlig er den store mængde energi, der er forbundet med superrotorer, som kan styres ved at ændre varigheden af ​​den optiske centrifugepuls.