Naujas žvilgsnis į gyvenimo blokus pavyko

Pirmą kartą matomas ultra trumpalaikis molekulių suderinimas su elektronų impulsais

Vaizdas į vakuumo kamerą, kad būtų galima atlikti su laiku išspręstos elektronų difrakcijos eksperimentais: einant iš dešinės mažos angos pusės, ultratrumpų elektronų impulsai (simbolizuojami kaip žaliųjų rutulių paketai) smogė į dujų purkštuką (geltonus rutulius), kuris teka iš purkštuko viršaus. Elektronai yra išsibarstę pagal dujų molekules ir sukuria detektoriaus difrakcijos modelį, kuris schematiškai parodytas kairėje vaizdo dalyje, ir buvo šiek tiek pasuktas žiūrovo link, kad būtų geriau matomas. Elektronų impulsų ir dujų molekulių sutampančioje srityje (nematomas) UV lazeris, siekiant geresnio matomumo, papildomai parodomas kaip raudona sritis. © Thorsten Naeser / Christianas Hackenbergeris
skaityti garsiai

„Puiki gyvenimo konstrukcija“ susideda iš begalinės molekulių įvairovės. Suprasti šį variantą tampa įmanoma tik žinant jų individualias struktūras. Bet molekulių architektūra vis dar turi daug paslapčių. Šiuo metu svarbų žingsnį į išsamesnius molekulių struktūros tyrimus žengė Vokietijos tyrimų komanda.

Ernsto Fillio fizikai ir profesorius Ferencas Krauszas iš Miuncheno universiteto ir Maxo Plancko kvantinės optikos instituto naudojo trumpų šviesos ir elektronų impulsų derinį. Pirmą kartą jie sugebėjo užfiksuoti pagal laiką atskirtų trumpai suderintų molekulių difrakcijos modelius.

Femtosekundės lazerio impulsų pagalba mokslininkai suderino molekules per labai trumpą laiką. Vėliau tyrėjai nustatė orientaciją elektronų difrakcijos būdu. Šis metodas yra novatoriška būsimų molekulių tyrimų dalis, fizikai praneša žurnale „Physical Review Letters“.

Difrakciniai vaizdai suteikia informacijos apie molekulinę struktūrą

Kai 1927 m. Buvo eksperimentiškai įrodyta, kad elektronai turi bangos prigimtį, neigiamai įkrautos dalelės greitai tapo esmine svarba kietųjų dalelių ir molekulių struktūrinei analizei. Nes elektronų išsibarstymas ant molekulių dujų fazėje sukuria difrakcijos modelius.

Informacija apie molekulių struktūrą gaunama iš vaizdų, pavyzdžiui, atstumai tarp atomų. Teoriškai jau buvo nuspėta, kad be difrakcijos molekulių, be atominių atstumų, galima gauti informacijos apie jų trimatę struktūrą. displėjus

Didelių molekulių struktūrų elikidacija

Molekulių suderinimas gali būti atliekamas lazerio impulsų pagalba. Už orientaciją atsakingi šviesos impulsų elektriniai ir magnetiniai laukai. Dėl ypatingo trumpumo impulsų laukai įgyja didžiulį intensyvumą ir daro įtaką dalelėms.

Paprastų į šviesą orientuotų paprastų molekulių difrakcijos modeliai galėtų atverti kelią didelių molekulių trimatėms struktūroms išsiaiškinti. Šis derinys pirmą kartą pavyko mokslininkams iš Attosekundinės fizikos laboratorijos. Jie vizualizavo į šviesą nukreiptą paprasčiausiai sukonstruotų molekulių - diiodotetrafluoretanano - suderinimą pagal laiko skiriamą elektronų difrakciją.

Lazeris suskaido molekules

Savo eksperimentui fizikai panaudojo lazerio impulsus, kad pasirinktų tinkamos orientacijos molekules. Tam tikslui kvantinė optika dalija dalį molekulių tiesiškai poliarizuoto lazerio impulsu. Šviesos impulsas atskiria vieną atomą nuo pradinės molekulės. Ši reakcija yra ypač svarbi molekulėms, kurios lazerio poliarizacijos atžvilgiu yra teisingos. Tokiu būdu šio padalijimo produktai yra išlyginti iškart po lazerio impulso.

Fizikai stebėjo procesą naudodamiesi sužadinimo-užklausos technika. Čia keičiasi vėlavimas tarp pirmojo bandinio patekimo, reakciją inicijuojančių lazerio impulsų ir paskesnių registravimo elektronų impulsų. Mokslininkai stebėjo, kaip molekulės persiorientavo, ty kaip po sužadinimo buvo prarasta sukurta molekulinė orientacija. Jaudinantis lazerio impulsas eksperimente buvo maždaug šimto femtosekundžių. Tolesni elektronų impulsai truko keletą pikosekundžių (viena femtosekundė yra milijonoji milijardo sekundės dalis, pikosekundė trunka tūkstantį kartų ilgiau).

Norėdami vizualizuoti greitus gyvenimo mikrokosmoso procesus

Atlikdami eksperimentą, Fillio ir Krauszo vadovaujami fizikai pirmą kartą parodė galimybę, kad dujų fazėje gali būti sukurti sulygiuotų molekulių difrakcijos modeliai. Rezultatai yra pirmasis žingsnis siekiant ateityje atvaizduoti molekulių struktūras trimatėje erdvėje su elektronų difrakcija.

Šiuo tikslu laiko skiriamoji geba yra tobulinama tolimesniais žingsniais, sutrumpinant įrašymo elektronų impulsus nuo pikosekundės iki femtosekundės. Panašiai kaip labai trumpą užrakto greitį įprastoje fotografijoje, tada būtų galima vizualizuoti greitus gyvenimo mikrokosmoso procesus.

(„idw“ - Makso Planko kvantinės optikos institutas, 2009 06 02 - DLO)