За последние несколько лет, ученые разработали Удивительные инструменты — «камеры», которые используют рентгеновские лучи или электроны вместо обычного света — принимать скоропалительные снимки молекулы в движении и строку их в молекулярные фильмы.
Теперь ученые из Департамента энергетики ускорителе SLAC Национальной ускорительной лаборатории и Стэнфордского университета добавили еще один поворот: по тюнинг своими лазерами, чтобы поразить йода молекулы с двумя фотонами света сразу вместо одного фотона, они вызвали совершенно неожиданные явления, которые были захвачены в замедленном кино всего одну триллионную секунды.
Первый фильм они сделали с таким подходом, описанным 17 марта в натуральном комментарий Х, показывает, как два атома в молекуле йода покачивания взад и вперед, как если бы Соединенные пружиной, и иногда разлетаются при попадании интенсивного лазерного света. Действие был захвачен линейный ускоритель когерентного лаборатории источника света (LCLS) жесткого рентгеновского лазера на свободных электронах. Некоторые ответы молекул оказались неожиданными, а другие не видели раньше с другими методами, говорят исследователи, но не в таких подробностях, или так прямо, не опираясь на заранее знать, как они должны выглядеть.
Предварительные выглядит в больших молекул, содержащих различные атомы предполагают, что они также могут быть сняты таким образом, исследователи добавили, уступая новому взглянуть на молекулярные поведения и заполнение пробелов, когда предыдущие методы не оправдывают ожиданий.
«Картинка, которую мы получили этот путь был очень богатым,» сказал Филип Bucksbaum, профессор ускорителе SLAC и Стэнфордского и следователь с Стэнфордского института импульса, который возглавлял исследование с импульсным докторантура ученый Мэтью Уэр. «Молекулы дали нам достаточно информации, что вы могли бы увидеть атомы перемещаются на расстояния менее Ангстрем-это примерно ширина двух атомов водорода — менее чем за одну триллионную секунды. Нам нужна очень быстрая скорость затвора и высокое разрешение, чтобы увидеть такой уровень детализации, и сейчас это возможно только с помощью жесткого рентгеновского лазера на свободных электронах LCLS как».
Двуствольное ФОТ
Молекулы йода являются излюбленной темой для такого рода расследования, потому что они просто-только двух атомов, Соединенных упругой химической связью. Предыдущие исследования, например в ускорителе SLAC в «электрон камеру», были изучены их реакции на свет. Но до сих пор эти эксперименты были созданы, чтобы начать движение в молекулах, используя одиночные фотоны, или частицы света.
В этом исследовании, исследователи настроены на интенсивность и цвет сверхбыстрый инфракрасный лазер так, что примерно десятая часть молекулы йода будут взаимодействовать с фотонами света-достаточно установить, что они вибрируют, но не настолько, чтобы сорвать с себя электроны.
Каждый удар последовала рентгеновских лазерных импульсов с LCLS, которые разбросаны атомных ядер иода, и в детектор, чтобы молекулы реагировали. Варьируя время между светом и рентгеновскими импульсами, ученые создали серию снимков, которые были объединены в стоп-боевик молекулы ответом, с кадрами всего в 50 фемтосекунд, или миллионные доли миллиардной доли секунды, кроме.
Исследователи знали, что столкновения молекул йода с более чем один фотон за один раз может вызвать то, что известно как нелинейного отклика, который может уйти в неожиданных направлениях. «Мы хотели посмотреть на что-то более сложное, что мы могли видеть, что не может быть то, что мы планировали», как Bucksbaum поставить. И что в том, что они нашли.
Неожиданное предчувствие
Результаты показали, что энергию света включил вибрацию, как и ожидалось, с двумя молекулами йода стремительно приближается и отдаляется друг от друга. «Это действительно большой эффект, и мы, конечно, видели это», — сказал Bucksbaum.
Но другой, гораздо слабее, типа вибрации также появились в данные, «процесс, который достаточно слаб, что мы не ожидали увидеть», — сказал он. «Это подтверждает обнаружение потенциал этой техники».
Они также смогли увидеть, как далеко друг от друга атомы и в какую сторону они направились в самом начале каждой вибрации … либо сжатие, либо расширение связей между ними, а также, сколько каждого типа вибрации продолжались.
За несколько процентов молекул, световые импульсы направляются на атомы йода разлетаемся, а не вибрационный, расходясь в противоположные стороны на быстрой или медленной скорости. Как с вибрациями, быстро flyoffs были ожидаемы, но медленный из них не было.
Сказал Bucksbaum он ожидает, что химики и материаловеды смогут эффективно использовать эти методы. Между тем, его команда и другие в лаборатории будет продолжать фокусироваться на разработке инструментов, чтобы увидеть больше и больше вещей, происходящих в молекулах и понять, как они двигаются. «Это наша цель», — сказал он. «Мы-кинематографисты, не сценаристы, продюсеры или актеры. Ценность в том, что мы делаем, чтобы все эти вещи происходят, работая в партнерстве с другими учеными».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!