Forskere rapporterer kraftig ionoverførsel i ladet vdW-klynge for første gang

Siden opdagelsen af ​​den dobbelte helixform af DNA og hypotesen om DNA-mutation induceret af protonoverførsel for mere end 50 år siden, det er blevet anerkendt, at protonoverførsel er afgørende for mange kemiske og biologiske processer.

Da disse processer er kendt for at være relevante for biofysik og stråleterapi, et spørgsmål opstår, om en massiv ion kan overføres i biokemiske processer og føre til fragmentering. Specifikt, i et komplekst biomiljø, spiller tung ionoverførsel en rolle?

Udgivet i Naturkommunikation den 12. juni, en gruppe forskere adresserer disse spørgsmål med en undersøgelse af en ny kanal, der involverer tungt N ⁺ ionoverførsel observeret i en ladet Van der Waals-klynge.

Undersøgelsen blev udført af et team af forskere fra Institute of Modern Physics (IMP) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS), Institut for Anvendt Fysik og Beregningsmatematik, og Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP) i Frankrig.

"Små van der Waals-systemer kan bruges som eksperimentelt gennemførlige modelsystemer, " sagde prof. Zhu Xiaolong fra IMP, en af ​​de første forfattere. Van der Waals (vdW) klynger er svagt bundne atomare/molekylære systemer. "De er almindelige i naturen og vigtige for at forstå mikromiljømæssige kemiske fænomener i biosystemer."

Interatomisk coulombisk henfald er en typisk proces, der demonstrerer energi- og ladningsoverførslen over en stor afstand mellem atomare komponenter i en klynge og resulterer i fragmentering, beviser, at forbudte kanaler for isolerede atomer/molekyler kan åbnes på grund af tilstedeværelsen af ​​naboatomer. Her, energi- og ladningsoverførslerne medieres af virtuel foton eller Coulomb-interaktion.

I hydrogenbindings-klynger, protonoverførselsprocessen spiller også en vigtig rolle. Det involverer masse- og ladningsmigrering over store afstande i klyngen og resulterer i fragmentering af sidstnævnte. Alligevel, i tidligere forskning, denne form for overførselsproces var begrænset til hydrogenbindings-klynger.

I det nuværende arbejde, forskerne brugte den neutrale vdW-klynge N ₂ Ar som mål ved kollisioner med 1 MeV Ne ⁸⁺ ioner til at producere den dobbeltladede klynge ( N ₂ Ar ) ²⁺ .

Overraskende nok, et eksotisk tungt N ⁺ ionoverførselskanal (N ₂ Ar) ²⁺ → N ⁺ + NAr ⁺ blev observeret. Det er første gang, at en sådan tung-ion-overførselsproces i en vdW-klynge nogensinde er blevet rapporteret, og den deraf følgende dannelse af NAr ⁺ er et nyt scenarie.

Ifølge undersøgelsen denne kanal stammer fra dissociationen af ​​den dobbeltladede forælderklynge N ₂ ²⁺ Ar genereret af "N ₂ -site" to-elektron tabsproces.

Teoretiske beregninger viser, at polarisationsvekselvirkningerne mellem Ar og N ₂ ²⁺ føre først til en isomeriseringsproces af N ₂ ²⁺ Ar fra dens oprindelige T-form til en lineær form (N-N-Ar).

Ud over, det nærliggende neutrale Ar-atom mindsker N ₂ ²⁺ barriere højde og bredde, hvilket resulterer i væsentligt kortere levetider for den metastabile elektroniske tilstand.

Følgelig, opdelingen af ​​det kovalente N ⁺ -N ⁺ bånd, tunneleringen ud af N ⁺ ion fra N ₂ ²⁺ potentiale godt, samt dannelsen af ​​N-Ar ⁺ bundet system foregår næsten samtidigt. Så starter Coulomb-eksplosionen mellem kl N ⁺ og NAr ⁺ ionpar.

"Denne nye mekanisme kan være generel for molekylære dimerioner i nærvær af et naboatom, og være af potentiel betydning for forståelsen af ​​mikrodynamikken i biologiske systemer, " sagde prof. Ma Xinwen fra IMP, en af ​​de tilsvarende forfattere til denne artikel. "For eksempel, det kan hjælpe os med at forstå mikromekanismen i kræftbehandling ved kraftig ionbestråling."