Впервые получено изображение движения атомов в молекуле

Впервые было получено изображение вибрации двух атомов в молекуле с помощью новой сверхбыстрой камеры.  Команда из государственных университетов штатов Огайо и Канзас использовали сверхбыстрые лазерные импульсы, чтобы выбить один электрон из его орбиты в молекуле. Через короткий промежуток времени, электрон возвращался к молекулу. Энергия электрона молекулы действовала подобно "лампе-вспышке", которая освещала движение в молекуле.

Это первый шаг на пути к непосредственному наблюдению химических реакций и контролю над ними на атомарном уровне, как рассказал научный руководитель Луис Димауро, профессор физики из Огайо.

"Благодаря этим экспериментам, мы осознали, что можем контролировать квантовую траекторию электрона, когда он возвращается обратно к молекуле, настраивая лазер, который запускает его", - сказал Димауро. "Следующим шагом станет попытка направить электрон по такой траектории, которая обеспечит контроль над химической реакцией".

В эксперименте использовали молекулярный азот (N2). Сверхбыстрый лазер выбивал электрон из молекулы и записывал диффракционную картину, образующуюся при этом. На изображении запечатлены все изменения молекулы, которые происходили за время между лазерными пульсами: одна квадриллионная секунды.

Исследователи сравнили сигнал от рассеянного электрона, с дифракционной картиной, которая образуется, когда электрон проходит через щель. По дифракционной картине, ученые могут воссоздать размер и форму щелей. В данном случае, по дифракционной картине электрона, физики воссоздали размер и форму молекулы, а именно, местоположение ядра атома.

Смысл эксперимента заключался в том, что за короткий промежуток времени, пока электрон выбит из молекулы и еще не успел возвратиться, атомы в молекулах успевают сместиться. Ученые смогли заснять это движение. "Это можно сравнить с созданием кино о квантовом мире", - сказал Космин Блага.

Помимо потенциальной возможности контроля химических реакций, этот метод предоставляет новые инструменты для изучения структуры и динамики материи. В конечном счете, ученые хотят понять, как происходят химические реакции. В долгосрочной перспективе, возможно применение этого открытия в материаловедении и химическом производстве.

"Вы можете применять это для изучения индивидуальных атомов", - сказал Димауро. "Но более сильный толчок развитию нашего понимания придет тогда, когда мы научимся изучать реакции между более сложными молекулами. Нам предстоит проделать долгий путь от изучения двух атомов до более интересных молекул, таких как белок".

Это исследование было опубликовано в журнале Nature.

Оригинал (на англ. языке): Photonics com

• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов
• Новая и улучшенная камера, вдохновленная человеческим глазом
• Машинное обучение может помочь ответить на давние астрофизические вопросы
• Ученые связывают износ двигателей самолетов с попаданием пыли в крупных аэропортах
• Цемент, вдохновленный раковинами, стал в 19 раз гибче благодаря «спроектированным дефектам»
• Самый длинный в Северной Америке вантовый мост соединяет США и Канаду