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

Единственный из шайки Зеленского, кто не критикует Трампа - это Ермак
Трамп готов выйти из мирных переговоров уже на следующей неделе
США сократили поддержку Украины в сфере кибербезопасности, сообщили в Bloomberg
Трамп снова раскритиковал Зеленского - на этот раз за неподписанные сделки по недрам
В Южной Осетии напали на начальника местной таможни
В России стартовали продажи первого 100% отечественного бренда виски
Видимо с упоротыми договориться о мире будет невозможно
Встреча Владимира Путина и Стива Уиткоффа продолжалась три часа
Сын замглавы ЦРУ погиб на Украине. Он сражался на стороне России
В пяти регионах России введут оценки за поведение школьников.
Марина Порошенко подала в суд иск о разделе совместного имущества
Встреча Владимира Путина и Стива Уиткоффа началась в Кремле
Освобожден один из пособников террористов, устроивших теракт в Театральном центре на Дубровке
Крым "останется в составе России" в рамках сделки по Украине, — Трамп
В Улан-Удэ возбуждено уголовное дело в отношении подполковника полиции Андрея Добрынина
Лидер Ореховской ОПГ, отбывающий пожизненный срок в ЯНАО, этапирован в Москву
Суд рассматривает громкое дело о коррупции бывшего полковника СК России
В Балашихе взорвался автомобиль (теракт) — один человек погиб
обновлено
Экс-министра торговли Московской обл. М. Хубутию обвинили в попытке убить бывшую девушку
обновлено
В Кингисеппе адвокаты отказались защищать убийцу полицейского
Мощные взрывы прогремели в Харькове на фоне воздушной тревоги, сообщают украинские СМИ
обновлено
Только что в Москву прибыл Стив Уиткофф для переговоров с Путиным
Россиянин Данил Лаврентьев выиграл чемпионат Европы по дзюдо
Зеленский - потребовал от Трампа не говорить, что Украина начала конфликт:
В Кингисеппе задержан подозреваемый в убийстве сотрудника полиции
В Подмосковье заключен под стражу обвиняемый в нападении на полицейского
The Financial Times: Украина может уже в мае объявить дефолт из-за долгов
В Дагестане задержаны террористы, готовившие нападение на отдел полиции
Полицейские из Краснодара похитили почти 10 миллионов рублей
Перед судом предстанет житель Бердянска, обвиняемый в убийстве сожительницы
Мособлдума одобрила проект закона о выплате 3 млн. рублей семьям погибших срочников
В Подмосковье выявлен случай холеры у туриста из Индии
В Москве пытались поджечь главное здание ФСБ на Лубянке
Жительницу Климовска случайно застрелили из-за шума на детской площадке вечером
Владимир Путин провёл совещание по экономическим вопросам
Генерал-майор Иван Попов осужден на пять лет колонии общего режима
Глава УМВД Тюменской обл. А. Смирнов проходит первую крупную проверку из Москвы
Зеленский накануне своего избрания заявлял, что жизни людей важнее территорий
Убийцу опера из Ленобласти засекли с помощью тепловизора в лесу
Сотрудники полиции петербургского метро подозреваются в получении взяток от мигрантов
Все новости
Наверх