Физики научились управлять движением электронов в молекуле

Физики научились управлять движением электронов в молекуле

Международная группа ученых, в составе которой российские исследователи, впервые отследила в реальном времени перемещение электрона в молекуле и показала, что такими процессами можно управлять — в будущем это даст возможность непосредственно управлять ходом химических реакций и биологических процессов, статья об этом опубликована в Science.

Авторы исследования, экспериментаторы под руководством Ганса Якоба Вернера из швейцарской Высшей технической школы в Цюрихе (http://www.atto.ethz.ch) и теоретики из России, Дании, Бельгии и Канады, включая главного научного сотрудника и доцента кафедры теоретической физики МФТИ Олега Толстихина, занимаются так называемой "аттофизикой" — изучением явлений, которые продолжаются аттосекунды, то есть миллиардные доли миллиардных долей секунды (10−18 секунды).

С помощью методов аттофизики ученые пытаются отследить сверхбыстрые перемещения электронов в молекулах — перестройку их электронных оболочек. Эти процессы являются ключом к пониманию химических и биохимических реакций, поскольку образование новых химических связей и заключается в "перераспределении" электронов. Ранее группа во главе с Вернером уже провела серию экспериментов, которые показали возможность таких наблюдений, теперь же им удалось действительно проследить движение электронов с временным разрешением 100 аттосекунд и показать, что ими можно управлять.

"В работе наблюдалась миграция электронов вдоль линейной молекулы. Нам впервые удалось увидеть движение электронов, как это все происходит, детально. Кроме того, мы показали, что можно управлять этим движением, а значит, в принципе, можно управлять исходом химических реакций", — приводятся в сообщении МФТИ слова Толстихина.

В эксперименте ученые использовали молекулы йодацетилена (HCCI), которые представляют собой вытянутые цепочки из четырёх атомов — водорода, двух атомов углерода и атома йода. Под действием мощных и очень коротких лазерных импульсов конфигурация электронной оболочки молекулы менялась: в ней возникала "дырка" —вакантное место, которая затем начинала колебаться, перемещаясь от одного конца молекулы к другому.

Толстихин подчёркивает, что здесь речь не идёт о перемещении в буквальном смысле слова, как в классической физике. "В результате туннельной ионизации в сильном лазерном поле возникает суперпозиция двух квантовых состояний дырки: подобно коту Шредингера, который одновременно и жив, и мертв, в этой суперпозиции дырка одновременно может быть найдена на разных концах молекулы. Вероятности найти дырку на том каждом из концов осциллируют со временем, что и создает эффект миграции дырки вдоль молекулы. Дырка перемещается от конца к концу, и характерное время этого движения — порядка 100 аттосекунд", — говорит учёный.

Облучая ориентированные молекулы мощными лазерными импульсами ученые смогли получить спектры высоких гармоник, которые отражали состояние электронной оболочки молекулы. В этом эксперименте впервые был получен весь набор информации, включая относительные фазы гармоник, необходимый для восстановления динамики дырки. Работа теоретиков заключалась в том, чтобы вычленить из собранных данных информацию об этой динамике, научиться расшифровывать спектры, подобно тому, как астрофизики по доплеровскому смещению в спектре звезды могут измерить её скорость.

"Реально мы наблюдаем не положения электронов, а спектр высоких гармоник, который возникает в процессе взаимодействия мощного импульса лазера с молекулой. Из этих спектров, которые косвенно связаны с движением дырки, её положение можно восстановить, что мы и сделали", — говорит Толстихин.

Кроме того, меняя поляризацию лазера исследователи продемонстрировали возможность влияния на динамику перестройки в электронной оболочке молекулы лазерным полем. "Именно это может, в конечном счете, позволить управлять исходом химических реакций. Если у вас какая-то смесь, где химические реакции могут закончиться разными исходам, вы сможете, выбирая нужную форму импульса, выбирать нужный для вас исход", — говорит Толстихин.

По его словам, очень характерным и типичным для современных научных исследований является интернациональный состав участников. Именно синергия знаний и опыта пяти групп физиков из разных стран позволил достичь поставленной цели, отметил он.


Источник

Похожие публикации

Добавьте комментарий

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ

FT: Путин хочет захватить Одессу - без помощи Украина рискует потерять больше городов
ВСУ нанесли ракетный удар по Донецку: есть погибшие и раненые
Для мигрантов собрались ввести несколько новых пошлин в России
Задержан мужчина за поджог релейного шкафа под Ростовом-на-Дону
Азербайджанские полицейские задержали российских журналистов в Баку
Июнь стал самым неудачным месяцем для Ермака за все время президентсва Трампа
Полицейских в Новом Уренгое подозревают в служебном подлоге
Сына актёра Вадима Демчога приговорили к двум годам лишения свободы
Житель Новороссийска отправится за решётку на 14 лет за госизмену
А казался таким порядочным. Экс-депутата Госдумы России объявили в розыск
Главбух полиции в Хивском районе арестован за мошенничество
Инспектор ППС в Ростовской области стал фигурантом уголовного дела
Лидеры Франции и Германии Макрон и Мерц окончательно утратили здравый смысл
Фронтовая сводка по состоянию на утро понедельника, 30 июня 2025 года
Хроника ракетных ударов по территории Украины 29-30 июня 2025 года
Китай изобрел оружие, которое будет полностью отключать электричество
Сырский перебрасывает на фронт резервы с Западной Украины и Одессы
обновлено
В Красноярске возбуждено уголовное дело по факту гибели малолетнего ребенка
В 2025 году контроль за должниками на дорогах России стал строже
Кабмин утвердил план по снижению числа негодных к военной службе
Сбежавший из части военнослужащий погиб в перестрелке с полицейскими
Толерантная повесточка в Шотландии взлетела на пик полного абсурда
Суд заочно приговорил двух женщин за убийство военного в Ивановской области
Живая сила у противника увеличивается, несмотря на ежедневные огромные потери
обновлено
На Дону расплодилась американская хищная рыба - солнечный окунь
Нужно ли России терпеть хамство Азербайджана? Или ответить как Мы умеем
обновлено
Мошенники атакуют клиентов автосервисов: как не стать жертвой
В России начнут блокировать счета подозреваемых, в частности, в диверсии
В Польше 57-летний Тадеуш Дуда расстрелял свою семью из винтовки
Приехавший в Россию в "командировку" прибалт попал на всю голову
Полицейский начальник из Якутска объявлен в розыск по делу о взятке
Премьер Испании: «Цель в 5% расходов на оборону абсолютно невыполнима»
Завтра в Москве наступит осень с ливнями, похолоданием и штормовым ветром
Украина потеряла третий самолет F-16. Он был уничтожен, пилот погиб
Тайванец отморозил ноги ради страховки — остался и без ног, и без денег
В Госдуме предупредили об опасности VPN-сервисов для россиян
Краткие итоги сегодняшнего массированного удара по вражеским объектам
Фронтовая сводка по состоянию на утро воскресенья, 29 июня 2025 года:
Катамаран "Мерлион" полыхает в заливе, недалеко от Владивостока
Аналитики сообщили о росте стоимости аренды однокомнатной квартиры в Москве
Все новости
Наверх