Ученые с помощью лазера научились наблюдать сверхбыстрые изменения в молекулах

Группа аттосекундной физики при кафедре теоретической физики МФТИ © Пресс-служба МФТИ

Российские ученые и их коллеги из Японии и Китая с помощью облучения быстрыми лазерными импульсами увидели изменения структуры молекулы, которые происходят за миллиардные доли миллиардной доли секунды, сообщили в понедельник в пресс-службе Московского физико- технического института (МФТИ).

«Результаты эксперимента совпали с теоретическими предсказаниями, а это значит, что предложенный авторами метод наблюдения за ходом химической реакции с помощью фемтосекундных лазеров может быть использован для визуализации и управления конфигурацией молекул в реальном времени», — говорится в сообщении института.

Это открытие позволит контролировать ход химических реакций. Результаты исследований были представлены в двух статьях, опубликованных в журнале Physical Review Letters.

Аттофизика

«Пока аттосекундная физика находится в стадии фундаментальной науки, но мы можем предположить спектр применений (наблюдения). Зная, каким образом изменяется конфигурация электронных оболочек или происходит движение ядер в ходе химической реакции, мы можем „стрелять“ лазером в нужный момент в нужное место, обеспечивая контролируемый исход химического превращения», — сказал Олег Толстихин, руководитель группы аттосекундной физики МФТИ.

Толстихин и его коллеги занимаются аттофизикой — наукой, изучающей очень быстрые процессы. Это, например, процессы перестройки электронных оболочек или смещения ядер атомов в молекулах при химических реакциях. Основная цель аттофизики — научиться узнавать, как меняется структура молекул с аттосекундным временным разрешением, то есть за миллиардные доли миллиардных долей секунды.

Аттосекунда — это временной интервал в одну квинтиллионную секунды (для сравнения: аттосекунда относится к секунде как секунда к примерно 31,71 миллиарда лет.

Результаты подтвердили теорию

Ученые облучали молекулы монооксида азота (NO) короткими, длительностью в фемтосекунды, лазерными импульсами. Импульсы переводили электрон в возбужденное состояние, и он покидал молекулу. Затем электрон возвращался обратно и испытывал рассеяние на молекуле, в результате чего происходила ионизация — распад молекулы NO на положительный ион азота и атом кислорода.

Из картины распределения ионов азота по импульсу для основного и возбужденного начального состояния ученые смогли восстановить зависимость скорости ионизации от параметров лазерного излучения. Результаты эксперимента хорошо согласуются с предсказаниями асимптотической теории ионизации.

Также ученые разработали метод выяснения структуры ионов с помощью фотоэлектронной голограммы. После облучения атома короткими фемтосекундными лазерными импульсами возникает поток возбужденных электронов, как и в эксперименте с монооксидом азота. Электроны рассеиваются на ионе, и по тому, как происходит рассеяние, можно понять структуру иона.

«В нашей работе рассмотрен модельный атом с одним электроном — но это лишь для упрощения расчетов. Принцип восстановления структуры иона по рассеянию — это общий результат для любых атомов и молекул», — пояснил Толстихин.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.