Et ultrahurtigt glimt af atmosfærens fotokemi

Vores liv er styret af submikroskopiske processer i nanokosmos. Faktisk begynder mange naturfænomener med et lille skift i atomernes eller molekylernes tilstande, udløst af stråling. En sådan proces er nu blevet belyst af et team ledet af Prof. Matthias Kling og Dr. Boris Bergues ved Laboratory for Attosecond Physics (LAP), som drives i fællesskab af Ludwig-Maximilians Universität (LMU) og Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ). Gruppen undersøgte, hvordan molekyler, der var knyttet til overfladen af ​​nanopartikler, reagerede på bestråling med lys. Lysinducerede molekylære processer på nanopartikler spiller en vigtig rolle i atmosfærisk kemi, og kan i sidste ende påvirke vores klima.

Nanokosmos er konstant i bevægelse. Alle naturlige processer er i sidste ende bestemt af samspillet mellem stråling og stof. Lys rammer partikler og fremkalder reaktioner. Ved at ændre elektronernes energitilstande, det omrokerer atomer og får molekyler til at blive omkonfigureret. Disse processer accelereres betydeligt, når reaktanterne absorberes på overfladen af ​​nanopartikler i atmosfæren. Dette fænomen er afgørende for atmosfærens fotokemi og har dermed indflydelse på vores sundhed og klima. En af de lysdrevne molekylære processer, der finder sted på aerosoler, er nu blevet undersøgt i detaljer af forskere ledet af Prof. Matthias Kling og Dr. Boris Bergues ved Laboratoriet for Attosecond Physics, som drives i fællesskab af LMU og MPQ. Gruppen har udviklet en ny metode, kaldet reaktionsnanoskopi, som gør det muligt at studere elementære fysisk-kemiske overgange på faste grænseflader. De har nu brugt det til at karakterisere reaktionen af ​​ethanol med vandmolekyler på overfladen af ​​glas nanopartikler under påvirkning af høj-intensitet laserlys.

Forskerne bestrålede de sfæriske partikler med ultrakorte laserimpulser, hver varer i et par femtosekunder. Et femtosekund er en milliontedel af en milliardtedel af et sekund (10 til 15 sekunder). Ved hjælp af reaktionsnanoskopi, de var i stand til at optage denne ultrakorte interaktion i tre dimensioner med nanometeropløsning. "Vi har observeret løsrivelse og acceleration af brintioner fra molekyler på overfladen af ​​nanopartikler. Evnen til at gøre det danner grundlaget for den høje rumlige opløsning af vores billedteknik, " forklarer Boris Bergues. "Fordi teknologien gør os i stand til at bestemme den nøjagtige position på nanopartiklerne med det højeste reaktionsudbytte, vi kan spore reaktioner af molekyler adsorberet på overfladen af ​​aerosoler med høj rumlig opløsning", tilføjer Matthias Kling.

Sådanne processer er allestedsnærværende, især inden for atmosfærisk fysik og astrokemi. For eksempel, lys i vores atmosfære interagerer med aerosoler og deres vedhæftede molekyler, udløser efterfølgende reaktioner, der kan have betydning for udviklingen af ​​vores klima. I universet, lignende kemiske processer forekommer på de mindste støvkorn under ekstreme forhold. Her, molekyler dannes og gennemgår reaktioner - en proces, der også kan bidrage til syntesen af ​​biomolekyler.

På kort sigt, resultaterne opnået med den nye analytiske procedure af Münchens laserfysikere kan give nyttige indsigter, især inden for atmosfærisk kemi. Til sidst, de kunne føre til en bedre forståelse af reaktioner på aerosoler, og måske endda pege på måder at bremse hastigheden eller afbøde virkningerne af klimaændringer.