Udvidelse af kraften ved attosekundspektroskopi

De sidste par årtier har der været imponerende fremskridt inden for laserbaserede teknologier, som har ført til betydelige fremskridt inden for atom- og molekylærfysik. Udviklingen af ​​ultrakorte laserimpulser giver nu forskere mulighed for at studere ekstremt hurtige fænomener, som ladningstransport i molekyler og elementære trin i kemiske reaktioner. Men derudover, vores evne til at observere sådanne processer på attosekund skala (en kvintilliontedel af et sekund) betyder, at det også er muligt at styre og sondere dynamikken af ​​individuelle elektroner på deres naturlige tidsrammer.

En af de nye ultrahurtige teknologier er attosecond transient absorption spectroscopy (ATAS), som kan spore elektronernes bevægelse på et bestemt sted i et molekyle. Dette er et særligt tiltalende træk ved ATAS, fordi det tillader at spore udviklingen af ​​det molekylære system med rumlig opløsning på atomær skala.

Moderne lasere kan skubbe kemi ind i uudforskede domæner af lys-stof-interaktioner, hvor teoriens rolle i fortolkningen af ​​resultaterne af ATAS-målinger bliver vigtigere end nogensinde før. Men indtil videre, teorien bag ATAS er kun udviklet til atomer eller for molekyler enten i fravær af nuklear bevægelse eller i fravær af elektronisk sammenhæng.

Nu, et hold fysikere fra EPFL's Laboratory of Theoretical Physical Chemistry (LCPT) har udvidet ATAS-teori til molekyler, herunder en fuldstændig redegørelse for den korrelerede elektron-kernedynamik.

Arbejdet, i samarbejde med Alexander Kuleff ved Heidelberg Universitet, er udgivet i Fysisk gennemgangsbreve .

"Vi præsenterer et simpelt kvasi-analytisk udtryk for absorptionstværsnittet af molekyler, som står for den nukleare bevægelse og ikke-adiabatiske dynamik og er sammensat af fysisk intuitive termer, " siger Nikolay Golubev, en postdoc ved LCPT og studiets hovedforfatter.

Ved at udvide ATAS-teorien, forskerne viser også, at denne spektroskopiteknik har tilstrækkelig opløsning til at "se" den opfølgende dekohærens af elektronbevægelse forårsaget af molekylets nukleare omlejring.

At omsætte teori i praksis, holdet testede det polyatomiske molekyle propiolsyre som et eksempel. "Simuleringen af ​​røntgen-ATAS af propiolinsyren blev muliggjort ved at kombinere ab initio elektroniske strukturmetoder på højt niveau med effektiv semiklassisk nuklear dynamik, " siger Jiří Vaníček, leder af LCPT. Ved at fremme vores viden om den korrelerede bevægelse af elektroner og kerner i molekyler, LCPT-forskernes resultater kunne også hjælpe vores forståelse af forskellige andre "attokemi"-fænomener.