Forskere opnår realtidsopfangning af ioniseringsprocessen og efterfølgende strukturelle ændringer

For at nå dette mål fokuserede teamet på kationer af 1,3-dibrompropan (DBP). Eksperimentelle data afslørede et fascinerende fænomen - kationen forblev i en strukturelt stabil tilstand kaldet "mørke tilstand" i cirka 3,6 picosekunder (1 picosekund er lig med en trilliontedel af et sekund) efter dens dannelse.

Denne nye forskning er publiceret i tidsskriftet Nature .

Efterfølgende undergik kationen en transformation til et usædvanligt mellemprodukt med en ringstruktur omfattende fire atomer, herunder et løst bundet bromatom. Til sidst løsnede det løst bundne bromatom, hvilket gav anledning til en bromion karakteriseret ved en ringstruktur bestående af tre atomer.

I betragtning af ioners høje reaktivitet har observation af deres eksistens været en langvarig betydelig udfordring. Succesen med denne forskning var afhængig af inkorporeringen af ​​en nyudviklet signalbehandlingsteknologi og en modelleringsanalyseteknik til strukturelle ændringer. Et andet vigtigt element var anvendelsen af ​​den resonansforstærkede multifotonioniseringsteknik (REMPI), som lettede masseproduktionen af ​​specifikke ioner og samtidig forhindrede tilfældig dissociation af forbindelser.

De eksperimentelle resultater indikerede, at de genererede gasioner bibeholdt en specifik form, før de undergik pludselige transformationer, hvilket gjorde det muligt for IBS-teamet i sidste ende at belyse dannelsen af ​​kemisk stabile, ringformede molekyler.

Derefter, ved at udnytte den innovative mega-elektron-volt ultrahurtige elektrondiffraktion (MeV-UED) teknik, opnåede forskerholdet en præcis indfangning af subtile strukturelle ændringer i ioner i gasfasen. Denne banebrydende teknologi tilbød rumlig og tidsmæssig opløsning i høj opløsning, der kræves til behovene i denne forskning, og den muliggjorde en omhyggelig sporing af hele processen fra iongenerering til efterfølgende strukturelle transformationer.

Som den første til at opnå realtidsobservation af strukturelle ændringer i selektivt genererede ioner, hyldes denne undersøgelse som et væsentligt gennembrud inden for ionkemiforskning. Denne forskning repræsenterer en banebrydende præstation i det videnskabelige samfund, der markerer det første eksempel på realtidsobservation af molekylære ioners strukturelle dynamik.

Ved at fremme vores forståelse af ioner i gasfasen giver denne forskning nye perspektiver på tværs af forskellige områder, herunder mekanismerne for kemiske reaktioner, ændringer i materialeegenskaber og astrokemiens område. Den forventede effekt strækker sig langt ud over ionkemi og påvirker forskellige videnskabelige og teknologiske discipliner.

Dr. Heo Jun, den primære forfatter, sagde:"Denne opdagelse repræsenterer et afgørende fremskridt i vores grundlæggende forståelse af ionkemi, klar til at have dybt indflydelse på udformningen af ​​forskellige kemiske reaktioner og fremtidig udforskning inden for astrokemi."

Kim Doyeong, den første forfatter og en studerende, delte sine forhåbninger og udtalte:"At bidrage til en undersøgelse med potentiale til at lægge grunden til fremskridt inden for grundlæggende videnskab er virkelig glædeligt. Jeg er forpligtet til vedvarende forskningsindsats for at udvikle mig til en dygtig videnskabsmand ."

Professor Hyotcherl sagde:"På trods af de bemærkelsesværdige fremskridt inden for videnskab og teknologi er der stadig adskillige fængslende mysterier i den materielle verden. Denne forskning, selvom den blot afslører endnu en gåde af ioner, der ikke er blevet opdaget, understreger de dybe hemmeligheder, der venter på vores udforskning."

Flere oplysninger: Hyotcherl Ihee, Fangst generation og strukturelle transformationer af molekylære ioner, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06909-5. www.nature.com/articles/s41586-023-06909-5

Leveret af Institute for Basic Science