Nye 2-D spektroskopi metoder

"Sæt en excitation ind i systemet og observer, hvordan det udvikler sig." Ifølge fysiker professor Tobias Brixner, dette er credo for optisk spektroskopi. Forskellige metoder er kendt i litteraturen. Men generelt undersøges kun adfærden af ​​en enkelt excitation og dens konsekvenser.

Nu fysikere og kemikere fra Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) i Bayern, Tyskland, har præsenteret to nye principper for optisk spektroskopi i tidsskriftet Naturkommunikation . Begge tilgange viser nye udviklinger af den såkaldte kohærente todimensionelle (2-D) spektroskopi. I konventionel 2-D spektroskopi, videnskabsmænd exciterer et system ved en bestemt frekvens og observerer, hvad der sker ved en anden frekvens.

"I stedet for at starte med én excitation og analysere dens dynamik, vi her implementerer to excitationer i det samme system og observerer, hvordan de interagerer, " siger professor Brixner, Leder af JMU Chair of Physical Chemistry I, der er ansvarlig for forskningsprojektet ved universitetet i Würzburg. Dette giver direkte adgang, for eksempel, til udbredelsesfænomener (såsom energitransport), fordi signaler i den nye metode kun opstår, hvis to oprindeligt adskilte excitationer bevæger sig og derefter mødes.

Forskerne illustrerer ideen om "exciton-exciton-interaktion-to-dimensionel-(EEI2D)-spektroskopi" ved hjælp af et perylenbisimid-baseret J-aggregat. "J-aggregater er blandt de vigtigste klasser af supramolekylære strukturer, og klassen af ​​perylenbisimidfarvestoffer er ideelt egnet til sådanne eksperimenter, " Professor Frank Würthner forklarer; han leder JMU Chair of Organic Chemistry II og samarbejder i undersøgelsen.

Denne metode er anvendelig til adskillige fysiske, kemisk, biologiske eller tekniske systemer, for eksempel, at afkode dynamiske egenskaber såsom energitransport af naturlige lys-høstsystemer og kunstige farvestofaggregater.

Undersøgelse af ionisering med 2-D-skemaet

Fysikerne i Tobias Brixners team udførte yderligere forskning ved at kombinere sammenhængende 2-D spektroskopi med molekylære stråler "Dette har givet os mulighed for at undersøge ionisering med 2-D skemaet for første gang, " forklarer professoren. Til dette formål, de brugte massespektrometri i stedet for optisk detektion og opnåede 2-D spektre ikke kun for modermolekylet, men samtidig også for alle fotoprodukter.

"Vores største udfordring var det faktum, at partikeltætheder i molekylære stråler er meget lave, gør alle tidligere konventionelle forsøg på at detektere sammenhængende udsendte fire-bølge-blandingssignaler forgæves, " siger Brixner. I stedet, forskerne observerede ionen genereret af sekvensen af ​​excitationsimpulser, derved fusionere to hidtil adskilte forskningsfelter, nemlig 2-D spektroskopi og massespektrometri.

Fysikerne brugte metoden eksemplarisk til at identificere ioniseringsvejene for 3d Rydberg-tilstande i nitrogendioxid. I fremtiden, denne udvikling vil gøre det muligt at studere miljøets indflydelse på den sammenhængende dynamik i større molekyler.