THz-spektroskopi sporer elektronopløsning i fotoioniseret vand

Fotoionisering af vand involverer migration og solvatisering af elektroner, med mange forbigående og meget aktive mellemprodukter. Processen resulterer i et stort blåt skift i absorptionsspektret, fra THz- eller gigahertz-området til det synlige område. Mens opførselen af ​​lavdensitets kvasifrie elektroner exciteret af lille pumpeeffekttæthed er blevet undersøgt grundigt, vi ved stadig lidt om den forbigående udvikling af fotoexciteret plasma i flydende vand. Værdifuld indsigt blev for nylig leveret af et internationalt forskerhold i en undersøgelse offentliggjort i Avanceret fotonik .

Ifølge Liangliang Zhang, fysikprofessor ved Capital Normal University i Beijing og en af ​​seniorforfatterne på undersøgelsen, den fysiske mekanisme for plasmaudvikling på den ultrahurtige sub-picosecond-skala i flydende vand betragtes som en forlængelse af teorien om gasplasma. Men laser-induceret plasma i flydende vand er ledsaget af mere komplekse og stærkere ikke-lineære effekter end dem i gas, da vand har en højere ikke-lineær koefficient, en lavere excitationstærskel, og en højere elektrontæthed. Disse forskelle lover muligheden for at frigøre nye teknologier og applikationer, opmuntrer forskere til at udforske den potentielle fysiske mekanisme af fotoexciteret plasma i flydende vand.

Vandopløsningsmiddelelektroner?

Zhangs team inducerede plasma i en stabil fritflydende vandfilm ved at bruge 1650 nm femtosekund laserimpulser. De fokuserede disse intense terahertz (THz)-impulser for at undersøge på sub-picosecond-skalaen den tidsmæssige udvikling af kvasifri elektroner af laser-induceret plasma i vand. THz-bølgeabsorption med en unik to-trins henfaldskarakteristik i tidsdomænesignaturen blev demonstreret, angiver betydningen af ​​elektronopløsning i vand.

Ved at bruge Drude-modellen kombineret med multi-level mellemmodel og partikel-i-en-boks-modellen, forskerne simulerede og analyserede de kvasifrie elektroner for at opnå nøgleinformation såsom frekvens-domæneabsorptionsegenskaber og solvatiseringsforhold. Bemærkelsesværdigt, efterhånden som den kvasifrie elektrontæthed steg, fælderne relateret til de bundne tilstande syntes at mætte, resulterer i et stort antal kvasifrie elektroner, der ikke kan opløses fuldstændigt. Ifølge Zhang, "Dette arbejde giver indsigt i de grundlæggende aspekter af ladningstransportprocessen i vand og lægger et grundlag for yderligere forståelse af de fysisk-kemiske egenskaber og forbigående udvikling af femtosekund-laser-puls-exciteret plasma i vand."