Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Физики научились управлять движением электронов в молекуле

Физики научились управлять движением электронов в молекуле

Ключевые слова:  Science, Перемещение электрона в молекуле, периодика, Физика

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

02 ноября 2015

Ученые смогли впервые отследить в реальном времени перемещение электрона в молекуле и показали, что такими процессами можно управлять — в будущем это даст возможность непосредственно управлять ходом химических реакций и биологических процессов и получать нужный результат буквально нажатием кнопки. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Science.

Авторы исследования, экспериментаторы под руководством Ганса Якоба Вернера из швейцарской Высшей технической школы в Цюрихе и теоретики из России, Дании, Бельгии и Канады, включая Олега Толстихина из Московского физико-технического института (МФТИ), 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, точнее перестройку их электронных оболочек. Эти процессы — ключ 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 решающих экспериментов, которые показали возможность таких наблюдений, теперь же им удалось сделать последний шаг: они смогли 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», — говорит Толстихин, главный научный сотрудник и доцент кафедры теоретической физики МФТИ.

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», — приводит слова Олега Толстихина агенство ТАСС.

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.

Работа была поддержана Министерством образования и науки РФ в рамках проектной части государственного задания (проект No. 3.679.2014/K). Ссылка на оригинальную статью:
P. M. Kraus, B. Mignolet, D. Baykusheva, A. Rupenyan, L. Horný, E. F. Penka, G. Grassi, O. I. Tolstikhin, J. Schneider, F. Jensen, L. B. Madsen, A. D. Bandrauk, F. Remacle, H. J. Wörner, Measurement and laser control of attosecond charge migration in ionized iodoacetylene // Science doi: 10.1126/science.aab2160


Источник: Импульс




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Так вот ты какая – Большая Галактика!
Так вот ты какая – Большая Галактика!

В Москве начинается MAPPIC - 2019
14-15 октября 2019 года состоится I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019)

РИА Новости: Нобелевскую премию по химии присудили за разработку литий-ионных батарей
РИА Новости: Джон Гуденаф, Стенли Уиттингхем и Акира Йошино стали лауреатами Нобелевской премии в области химии за 2019 год за разработку литий-ионных батарей.

РИА Новости: Названы лауреаты Нобелевской премии по физике
РИА Новости: Джеймс Пиблз из США и швейцарцы Дидье Кело и Мишель Майор стали лауреатами Нобелевской премии по физике за 2019 год.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.