گرفتن رقص هماهنگ بین الکترون و هسته ای در نور-هیجان زده مولکول

با استفاده از سرعت بالا “الکترون دوربین” در وزارت انرژی SLAC National Accelerator Laboratory, دانشمندان به طور همزمان اسیر حرکات الکترون ها و هسته ها در یک مولکول پس از آن هیجان زده بود با نور است. این علائم اولین بار این انجام شده است با فوق سریع پراش الکترون که پراکند قدرتمند پرتو الکترون کردن مواد را انتخاب کنید تا ریز مولکولی حرکات.

“در این تحقیق ما نشان می دهد که با فوق سریع پراش الکترون آن را ممکن است به دنبال الکترونیکی و هسته ای تغییرات در حالی که به طور طبیعی disentangling دو مولفه می گوید:” تاد مارتینز یک استاد شیمی دانشگاه استنفورد و دانشگاه استنفورد پالس موسسه پژوهشگر درگیر در این آزمایش است. “این اولین بار است که ما قادر به به طور مستقیم دیدن هر دو دقیق موقعیت اتم و الکترونیکی اطلاعات در همان زمان.”

این روش می تواند اجازه می دهد تا محققان به دست آوردن تصویر دقیق تری از نحوه رفتار مولکول در حالی که اندازه گیری جنبه های الکترونیکی رفتارهای است که در قلب کوانتومی شیمی شبیه سازی ارائه یک پایه و اساس برای آینده نظری و روشهای محاسباتی. این تیم منتشر شده یافته های خود را امروز در علم.

اسکلت و چسب

در پژوهش های قبلی SLAC را ابزار فوق سریع پراش الکترون MeV-UED, مجاز, محققان, برای ایجاد کیفیت بالا “فیلم” مولکول در یک چهارراه و تغییرات ساختاری که رخ می دهد زمانی که حلقه به شکل مولکول های شکستن و باز در پاسخ به نور است. اما تا به حال این ابزار بود نه حساس به الکترونیکی تغییر در مولکول.

“در گذشته ما قادر به پیگیری اتمی حرکات به عنوان آنها اتفاق افتاده است می گوید:” منجر نویسنده جی یانگ یک دانشمند در SLAC را Accelerator اداره و دانشگاه استنفورد پالس موسسه. “اما اگر شما نگاه از نزدیک شما خواهید دید که هسته و الکترون تشکیل اتم نیز نقش خاص بازی. هسته را تشکیل می دهند اسکلت مولکول در حالی که الکترون ها به چسب است که دارای اسکلت با هم.”

انجماد فوق سریع حرکات

در این آزمایش یک تیم به رهبری توسط محققان از SLAC و در دانشگاه استنفورد مشغول به تحصیل شد پیریدین که متعلق به یک کلاس از حلقه شکل مولکول است که مرکزی به نور هدایت فرآیندهای مانند اشعه ماوراء بنفش ناشی از آسیب DNA و تعمیر فتوسنتز و تبدیل انرژی خورشیدی. زیرا مولکول های جذب نور تقریبا بلافاصله این واکنش بسیار سریع و دشوار است برای مطالعه. فوق العاده بالا-دوربین های سرعت مانند MeV-UED می تواند “یخ” یک حرکت اتفاق می افتد در داخل femtoseconds یا میلیونیم یک میلیاردم یک ثانیه اجازه می دهد تا محققان به دنبال تغییرات به عنوان آنها رخ می دهد.

برای اولین بار محققان دیدم نور لیزر به گاز از پیریدین مولکول. بعد آنها لعنتی هیجان زده مولکول با یک پالس کوتاه بالا-انرژی الکترون, ایجاد عکس های فوری خود را به سرعت مرتب کردن الکترون ها و هسته های اتمی است که می تواند صحافی با هم به یک stop-motion فیلم از نور ناشی از تغییرات ساختاری در نمونه است.

تمیز جدایی

این تیم متوجه شد که پراکندگی کشسان سیگنال های تولید شده هنگامی که الکترون انکسار نور خاموش پیریدین مولکول بدون جذب انرژی کد گذاری اطلاعات در مورد هسته ای رفتار مولکول در حالی که کشش پراکندگی سیگنال های تولید شده هنگامی که الکترون ها تبادل انرژی با مولکول شامل اطلاعات الکترونیکی تغییرات. الکترون ها از این دو نوع پراکندگی پدید آمده در زوایای مختلف اجازه می دهد محققان به پاک جدا کردن دو سیگنال و به طور مستقیم مشاهده آنچه مولکول الکترون ها و هسته ها انجام شد در همان زمان.

“هر دو از این مشاهدات موافق تقریبا دقیقا با یک شبیه سازی است که طراحی شده است را به حساب همه ممکن است واکنش کانال می گوید:” co-نویسنده Xiaolei زو بود که یک همکار فوق دکترا در دانشگاه استنفورد در زمان این آزمایش است. “این ما را فراهم می کند با فوق العاده واضح و روشنی از فعل و انفعال بين الکترونیکی و هسته ای از تغییرات است.”

تکنیک های مکمل

دانشمندان بر این باورند این روش مکمل طیف وسیعی از سازه اطلاعات جمع آوری شده از طریق پراش پرتو-X و تکنیک های دیگر در ابزار مانند SLAC را Linac منسجم منبع نور (LCLS) X-ray از لیزر است که قادر به اندازه گیری دقیق جزئیات شیمیایی پویایی در کوتاه ترین بازه های زمانی به تازگی به عنوان گزارش برای یکی دیگر از نور ناشی از واکنش شیمیایی.

“ما شاهد این هستیم که MeV-UED در حال تبدیل شدن بیشتر و بیشتر از یک ابزار است که مکمل روشهای دیگر می گوید:” co-نویسنده و SLAC دانشمند توماس گرگ. “این واقعیت که ما می توانیم الکترونیکی و هسته ای سازه ها در همان مجموعه داده های اندازه گیری شده با هم و در عین حال مشاهده به طور جداگانه ارائه خواهد شد فرصت های جدید به ترکیب چیزی که ما یاد بگیرند که با آگاهی از دیگر آزمایش.”

‘یک راه جدید به دنبال در چیزهایی’

در آینده این روش می تواند به دانشمندان اجازه می دهد به دنبال فوق سریع فرآیندهای فتوشیمیایی که در آن زمان از الکترونیکی و هسته ای از تغییرات مهم به نتیجه واکنش.

“این واقعا باز می شود تا یک راه جدید به دنبال در چیزهایی که با فوق سریع پراش الکترون می گوید:” co-نویسنده Xijie وانگ مدیر MeV-UED ابزار. “ما همیشه در تلاش برای پیدا کردن چگونه الکترون و هسته در واقع تعامل به این پروسه خیلی سریع. این تکنیک اجازه می دهد تا ما را به تشخیص که می آید برای اولین بار-تغییر برای الکترون و یا تغییر در هسته است. هنگامی که شما یک تصویر کامل از چگونگی این تغییرات بازی شما می توانید شروع به پیش بینی و کنترل واکنش های فتوشیمیایی.”

MeV-UED یک ابزار LCLS یک سازمان حفاظت محیط زیست از علوم کاربر تسهیلات. این تیم تحقیقاتی همچنین شامل دانشمندان از دانشگاه نبراسکا-لینکلن دانشگاه استونی بروک در نیویورک و دانشگاه پتسدام در آلمان است. این کار با حمایت از علم است.

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.nettny.im