Forskere sporer elektroner i molekyler

(PhysOrg.com) -- Fysikere i Europa har med succes set bevægelsen af ​​elektroner i molekyler. Resultaterne er en stor fordel for forskningsverdenen. At vide, hvordan elektroner bevæger sig inden for molekyler, vil lette observationer og sætte skub i vores forståelse af kemiske reaktioner.

Præsenteret i journalen Natur , undersøgelsen er støttet via tre EU-finansierede projekter.

Fysikerne, ledet af professor Marc Vrakking, Direktør for Max Born-instituttet for ikke-lineær optik og kortpulsspektroskopi i Tyskland, brugte attosecond-laserimpulser til at opnå denne seneste tekniske bedrift. Forskere var ikke i stand til at observere denne bevægelse tidligere på grund af elektronernes ekstreme hurtighed.

Et attosekund er en milliardtedel af en milliardtedel af et sekund. Lys dækker en afstand på mindre end 1 milliontedel af en millimeter i løbet af et attoseund. Dette er stort set lig med afstanden fra den ene ende af et lille molekyle til den anden. Ved at skabe attosecond laserimpulser, forskerne kunne tage 'billeder' af elektronernes bevægelser i molekyler.

Med henblik på denne undersøgelse, fysikerne så på brintmolekylet (H ₂ ) - med kun to protoner og to elektroner, eksperter kalder H2 det 'simpelste molekyle'. Holdet brugte deres attosecond-laser til at bestemme, hvordan ionisering sker i et brintmolekyle. Under ionisering, en elektron fjernes fra molekylet, mens den anden elektrons energistatus ændres.

'I vores eksperiment var vi i stand til at vise for første gang, at vi ved hjælp af en attosecond-laser virkelig har evnen til at observere elektronernes bevægelse i molekyler, ' forklarede professor Vrakking. 'Først bestrålede vi et brintmolekyle med en attosecond laserpuls. Dette førte til fjernelse af en elektron fra molekylet - molekylet blev ioniseret. Ud over, vi opdeler molekylet i to dele ved hjælp af en infrarød laserstråle, ligesom med en lille saks, ' han tilføjede. 'Dette gav os mulighed for at undersøge, hvordan ladningen fordelte sig mellem de to fragmenter - da der mangler en elektron, det ene fragment vil være neutralt og det andet positivt ladet. Vi vidste, hvor den resterende elektron kunne findes, nemlig i den neutrale del.'

I de sidste 30 år eller deromkring, forskere har brugt femtosekund-lasere til at se på molekyler og atomer. Et femtosekund er en milliontedel af en milliardtedel af et sekund, så det gør det til 1, 000 gange langsommere end et attoseund. Det er nemt at spore molekylers og atomers bevægelse, når femtosekundlasere bruges.

Forskere hjalp med at drive denne teknologi frem ved at udvikle attosecond lasere, som er til gavn for forskellige studier inden for naturvidenskab, herunder den undersøgelse, der er skitseret her.

Kommenterer beregningerne og problemets kompleksitet, medforfatter Dr Matthias Kling fra Max-Planck Institut für Quantenoptik i Tyskland, sagde:'Vi fandt ud af, at også dobbelt ophidsede stater, dvs. med excitation af begge elektroner af molekylært hydrogen, kan bidrage til den observerede dynamik.'

Professor Vrakking konkluderede:'Vi har ikke - som vi oprindeligt havde forventet - løst problemet. Tværtimod, vi har blot åbnet en dør. Men det gør faktisk hele projektet meget mere vigtigt og interessant.'