Hafif uyarılmış bir molekülde elektronlar ve çekirdekler arasındaki koordineli dansı yakalamak

Hafif uyarılmış bir molekülde elektronlar ve çekirdekler arasındaki koordineli dansı yakalamak
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın


Hafif uyarılmış bir molekülde elektronlar ve çekirdekler arasındaki koordineli dansı yakalamak

Yeni bir çalışma, çizgili turuncu koni ve kırmızı bobin tarafından gösterildiği gibi piridin moleküllerini iki farklı şekilde dağıtan elektronların ayrılabileceğini ve araştırmacıların molekülün çekirdeklerinin ve elektronlarının ışık flaşlarına nasıl tepki verdiğini aynı anda gözlemlemelerine izin verdiğini gösteriyor. Çalışma SLAC'ın "elektron kamera" MeV-UED ile yapıldı. Kredi bilgileri: Greg Stewart / SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı

Enerji Bölümü, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda yüksek hızlı bir "elektron kamera" kullanarak, bilim adamları ışıkla heyecanlandıktan sonra bir moleküldeki elektron ve çekirdeklerin hareketlerini aynı anda yakaladılar. Bu, ilk kez küçük moleküler hareketleri almak için güçlü bir elektron ışını malzemeden saçan ultra hızlı elektron kırınımı ile yapıldığını gösterir.

Stanford kimya profesörü ve Stanford PULSE Enstitüsü araştırmacısı Todd Martinez, deneyde yer alan "Bu araştırmada, ultra hızlı elektron kırınımı ile elektronik ve nükleer değişiklikleri takip etmenin iki bileşeni doğal olarak çözmenin mümkün olduğunu gösteriyoruz" diyor. "Bu, atomların ayrıntılı konumlarını ve elektronik bilgileri aynı anda doğrudan ilk kez görebildik."

Teknik, araştırmacıların, kuantum kimyası simülasyonlarının kalbi olan elektronik davranışların yönlerini ölçerek moleküllerin nasıl davrandığına dair daha doğru bir resim elde etmelerine olanak tanıyarak gelecekteki teorik ve hesaplama yöntemlerine yeni bir temel sağlar. Ekip bulgularını bugün Bilim.

İskeletler ve tutkal

Önceki araştırmalarda, SLAC'ın ultra hızlı elektron kırınımı aracı olan MeV-UED, araştırmacıların, bir kavşak noktasında moleküllerin yüksek çözünürlüklü "filmlerini" oluşturmasına ve halka şeklindeki moleküller ışığa tepki olarak açıldığında meydana gelen yapısal değişikliklere izin verdi. Ancak şimdiye kadar, enstrüman moleküllerdeki elektronik değişikliklere duyarlı değildi.

SLAC Hızlandırıcı Müdürlüğü ve Stanford PULSE Enstitüsü'nün bilim adamı baş yazar Jie Yang, "Geçmişte, atom hareketlerini gerçekleştikçe izleyebildik" diyor. "Ama daha yakından bakarsanız, atomları oluşturan çekirdeklerin ve elektronların da oynamak için belirli rolleri olduğunu göreceksiniz. Çekirdekler molekülün iskeletini oluştururken, elektronlar iskeleti bir arada tutan yapıştırıcıdır."

Ultra hızlı hareketleri dondurma

Bu deneylerde, SLAC ve Stanford Üniversitesi'nden araştırmacılar tarafından yönetilen bir ekip, UV kaynaklı DNA hasarı ve onarımı, fotosentez ve güneş enerjisi gibi ışığa dayalı süreçlerin merkezinde bulunan halka şeklindeki molekül sınıfına ait piridin üzerine çalışıyordu. dönüştürmek. Moleküller ışığı neredeyse anında emdiğinden, bu reaksiyonların incelenmesi son derece hızlı ve zordur. MeV-UED gibi ultra yüksek hızlı kameralar, araştırmacıların meydana gelen değişiklikleri takip etmelerini sağlamak için femtosaniyeler veya saniyenin milyarda biri içinde meydana gelen hareketleri "dondurabilir".

İlk olarak, araştırmacılar lazer ışığını bir piridin molekülleri gazı haline getirdi. Daha sonra, uyarılmış molekülleri, hızlı bir şekilde yeniden düzenleyen elektronlarının ve atom çekirdeğinin, örnekteki ışığa bağlı yapısal değişikliklerin bir stop-motion filmine sokulabilen anlık görüntülerini üreten kısa bir yüksek enerjili elektron darbesi ile patlattılar.

Hafif uyarılmış bir molekülde elektronlar ve çekirdekler arasındaki koordineli dansı yakalamak

Önceki yöntemlerle, araştırmacılar, bir piridin molekülündeki azot atomunu ışıkla uyarıldığında yukarı ve aşağı eğildiğini izleyebiliyorlardı. Bu yeni yöntemle, aynı zamanda elektron yoğunluğundaki değişiklikleri de görebildiler. Mavi kabarcıklar azalan elektron yoğunluğunu gösterirken kırmızı, ayrılmamış piridine göre artmaktadır. Kredi bilgileri: Jimmy Yu / Stanford University

Temiz bir ayrılma

Ekip, elektronlar enerjiyi emmeden bir piridin molekülünden kırıldığında üretilen elastik saçılma sinyallerinin, moleküllerin nükleer davranışı hakkında bilgi kodlarken, elektronlar molekülle enerji alışverişinde üretilen esnek olmayan saçılma sinyallerinin elektronik değişiklikler hakkında bilgi içerdiğini buldu. Bu iki saçılma tipinden gelen elektronlar, farklı açılarda ortaya çıktı ve araştırmacıların iki sinyali temiz bir şekilde ayırmalarını ve molekülün elektronlarının ve çekirdeklerinin aynı anda ne yaptığını doğrudan gözlemlemelerini sağladı.

Bu deney sırasında Stanford'da doktora sonrası araştırmacı olan ortak yazar Xiaolei Zhu, "Bu gözlemlerin her ikisi de neredeyse tüm olası reaksiyon kanallarını hesaba katacak şekilde tasarlanmış bir simülasyonla neredeyse tamamen aynı fikirdedir" diyor. Diyerek şöyle devam etti: "Bu bize elektronik ve nükleer değişimler arasındaki etkileşimin son derece net bir görünümünü sağlıyor."

Tamamlayıcı teknikler

Bilim adamları, bu yöntemin, X-ışını kırınımı ve kimyasalların dinamiklerinin kesin ayrıntılarını ölçebilen SLAC Linac Koherent Işık Kaynağı (LCLS) X-ışını lazeri gibi cihazlardaki diğer teknik bilgileri toplayacağına inanıyorlar. başka bir ışık kaynaklı kimyasal reaksiyon için bildirildiği gibi en kısa zaman çizelgeleri.

Ortak yazar ve SLAC bilim adamı Thomas Wolf, "MeV-UED'in diğer teknikleri tamamlayan bir araç haline geldiğini görüyoruz" diyor. "Elektronik ve nükleer yapıları aynı veri setinde bir arada ölçtüğümüz halde ayrı ayrı gözlemlediğimiz gerçeği, öğrendiklerimizi diğer deneylerden gelen bilgilerle birleştirmek için yeni fırsatlar sağlayacaktır."

'Şeylere bakmanın yeni bir yolu'

Gelecekte, bu teknik bilim insanlarının elektronik ve nükleer değişikliklerin zamanlamasının reaksiyonun sonucu için çok önemli olduğu ultra hızlı fotokimyasal süreçleri takip etmesine izin verebilir.

MeV-UED enstrümanı direktörü ortak yazar Xijie Wang, "Bu, ultra hızlı elektron kırınımı ile olaylara bakmanın yeni bir yolunu açar." "Biz her zaman elektronların ve çekirdeklerin bu süreçleri bu kadar hızlı yapmak için nasıl etkileşime girdiğini bulmaya çalışıyoruz. Bu teknik hangisinin önce geldiğini ayırt etmemizi sağlıyor – elektronlardaki değişiklik veya çekirdeklerdeki değişiklik. Bu değişikliklerin nasıl oynandığının tam resmini, fotokimyasal reaksiyonları tahmin etmeye ve kontrol etmeye başlayabilirsiniz. "


İlk doğrudan ışığın kimyasal reaksiyonu başlatmak için elektronları nasıl uyardığına bakın


Daha fazla bilgi:
"Ultra hızlı elektron kırınımı ile nükleer ve elektronik dinamiklerin eşzamanlı olarak gözlemlenmesi" Bilim (2020 yılında). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abb2235

Tarafından sunulan
SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı


Alıntı:
                                                 Hafif heyecanlı bir molekülde elektronlar ve çekirdekler arasındaki koordineli dansı yakalamak (2020, 21 Mayıs)
                                                 21 Mayıs 2020
                                                 https://phys.org/news/2020-05-uzak çekme-elektronlar- çekirdek- ışık-excited-molecule.html

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, hayır
                                            kısmı yazılı izin alınmadan çoğaltılabilir. İçerik yalnızca bilgi amaçlıdır.





Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »