Електрони покупљени из роја

Истраживачи користе муње за контролу појединачних електрона у молекулама

Подешавање за мерење контроле појединих електрона у молекулама са ултракосортним ласерским импулсима: таласни облик ласерских импулса подешава се помоћу два стаклена клина. Ласерски импулси у интеракцији су с молекулима у спектрометру за приказ брзинске мапе (ВМИ), у коме је резултирајућа расподјела јона (овде Ц + јона) након распада молекула на детектору (десно). Слика на детектору показује асиметрију према горе окомитој оси поларизације ласера. Орбитална симетрија јонизованих орбитала ЦО постаје видљива у кутној дистрибуцији од режња 45 °, што се може предвидјети теоријским прорачунима (црна линија). © Цхристиан Хацкенбергер / ЛМУ
читају наглас

Немачко-холандски тим физичара успео је први пут да контролише појединачне електроне у систему многих честица уз помоћ ласерских импулса. О својим експериментима извештавају у часопису Пхисицал Ревиев Леттерс.

Предаторска риба добро познаје проблем: У роју ситне рибе тешко је пљачкати плен. Слично је у космосу атома и молекула на чије понашање и својства утичу ројеви електрона.

Ултра брзи савременици

Електрони су савремени ултра-брзи. У атомима и молекулама они се крећу у року од секунде. Аттосекунда траје само милијарду од милијарду секунде. Циљана контрола ових честица може се постићи светлосним импулсима који трају само неколико фемтосекунди до атсесекунди и тако комуницирају с њима на временској скали кретања електрона. Кратки импулси имају снажна електрична и магнетна поља која утичу на наелектрисане честице. Феметосекунда траје 1000 пута дуже него аттосекунда.

За молекуле са само једним електроном, попут јона молекула деутеријума, ова контрола је још увек релативно једноставна због бљескова светлости. То је већ учинио тим који предводе професор Марц Враккинг и Маттхиас Клинг са Института за атомску и молекуларну физику (АМОЛФ) у Амстердаму, у сарадњи с професором Ференцом Краусзом из Института за квантну оптику Мак Планцк (МПК) из Гарцхинга и Универзитета у Минхену (ЛМУ) приказан 2006.

Поглед у микрокосмос молекула угљеника: Након што су фемтосекундни ласерски импулси ослободили појединачне електроне из молекула угљеника, ствара се карактеристична оријентација молекула. Ова оријентација показује структуру орбитале из које електрони излазе из молекуларних јона. Помоћу детектора можете одредити како се молекуларни јони поравнају. Број посматраних јона је приказан у боји. Црвена и жута означавају високу густину, плава ниску. Маттхиас Клинг

Ласери управљају електронима

Сада су научници око Клинга, Враккинга и професор Регина де Вивие-Риедле са ЛМУ-а први пут стекли контролу над једним, негативно наелектрисаним елементарним честицама у електронском склопу помоћу светлости. Успели су да контролишу и примете спољне електроне у валентној љусци сложенијих молекула угљен моноксида (ЦО) помоћу јаких електричних поља од ласерских импулса. Молекул угљен моноксид има 14 електрона. Како се број електрона у молекули повећава, контрола над појединим електронима постаје тежа јер су њихова могућа енергетска стања врло блиска. дисплеј

Научници су за своје експерименте користили ласерске импулсе у блиском инфрацрвеном опсегу (740 нанометара) и четири фемтосекунде. Контрола је експериментално демонстрирана асиметричном расподјелом Ц + и О + фрагмената, након прекида везе. Мерење Ц + и О + фрагмената значи динамички помак набоја дуж молекуларне осе у једном или другом смеру, контролисан ласерским импулсом.

Кретање електрона повезано са нуклеарним кретањем

Једном када је фемтосекундни ласерски импулс реаговао са молекулима ЦО, он је из композита ослободио један електрон. Затим се електрон поново сударио са јоном, ослобађајући његову енергију. Цео процес је трајао око 1, 7 фемтосекунди. "Пакет електронских таласа је генерисан током одбијања, што сада индукује усмерено кретање електрона дуж молекуларне осе", извештава де Вивие-Риедле. "Узбудљиво и интерактивно са остатком интензивног ласерског пулса, ово кретање електрона повезано је са нуклеарним кретањем и доприноси опаженој асиметрији", објашњава Клинг.

У својим експериментима, физичари су такође били у могућности да прикажу електронску структуру и облик прве две орбитале угљен моноксида јонизацијом светлосним импулсима. Изузетна краткоћа фемтосекундних ласерских импулса омогућила је научницима да истражују процесе у спољним орбиталима. Утврђено је да јонизација молекула зависи од угла упадања светлосног пулса. Ово запажање је у складу са теоријским прорачунима и такође доприноси опаженој асиметрији. Научници су такође показали да асиметрија јонизације зависи од дужине ласерских импулса.

Циљ: утицати на хемијске реакције са светлошћу

Својим експериментима и прорачунима, истраживачи из Гарцхинга и Минхена реализовали су важан пројекат који су започели у оквиру пројекта "Минхенски центар за напредну фотонику" (МАП). Циљ је био да се добије контрола појединачних електрона у мулти-електронском систему и да се посматра овај процес. Електрони су свеприсутни у сваком виталном микроскопском процесу, као и у технологији. Њихова кретања муње у року од једне секунде одређују биолошке и хемијске процесе, као и брзину микропроцесора, срце рачунара.

Својим експериментима, истраживачи су тако направили још један важан корак у будућности да посматрају и утичу на хемијске реакције са светлошћу. У такозваној лигхтваве електроници, основно истраживање доводи до ултра брзог рачунања у рачунару у распону од неколико атосекунди.

(идв - Универзитет у Минхену, 02.09.2009 - ДЛО)