Исследователи наблюдают за ультрабыстрых процессов одиночных молекул впервые

Маркус Кох, руководитель исследовательской группы Фемтосекундная динамика в Институте экспериментальной физики в техническом университете Грац, и его команда разрабатывают новые методы время-разрешенной фемтосекундной лазерной спектроскопии для изучения сверхбыстрых процессов в молекулярных системах. В 2018 году группа впервые показано, что процессы фотоиндуцированного можно наблюдать внутри nanodroplet гелия, наноразмерных капель сверхтекучего гелия, который служит квантовый растворитель. Для их исследования, исследователи поместили один атом Индия внутри капель и анализ реакции системы с насос-зонд принципе. Атом был взволнован с ультракоротким лазерным импульсом, вызывая перераспределение в среде гелия в течение фемтосекунд (10-15 секунд). Время задержки второго лазерного импульса исследовали этот факт и представили информацию о поведении системы.

Успешный следующий шаг

Используя ту же технику, Кох и его коллеги Мириам Майер Бернхард Талер и Паскаль Хайм, визуализировали движение одиночных, изолированных молекул в капле гелия впервые. Исследователи создали молекулу димера Индий внутри капли гелия, загрузив его последовательно с двух атомов Индия. Затем они вызвали вибрации в молекуле фотовозбуждение и наблюдали движение ядер в реальном времени с той же накачка-зондирование техника.

Исследователи рассматривают два аспекта эксперимента особенно важное значение: во-первых, он демонстрирует, что подобные эксперименты способны наблюдать сверхбыстрых процессов внутримолекулярного — т. е. процессы, которые происходят внутри возбужденной молекулы.

Гелий имеет мало влияния на встроенных молекул

Во-вторых, группа обнаружила, что влияние сверхтекучего гелия на молекулярные колебания значительно слабее, чем при использовании обычных растворителей, таких как вода или метанол. Внутримолекулярные процессы обычно под влиянием взаимодействия с окружающей средой и в обычных растворителях это взаимодействие является настолько сильным, что внутримолекулярные процессы не могут быть соблюдены, как Бернхард Талер объясняет: «в квантовой жидкости гелий, который имеет температуру всего 0,4 к (Примечание: минус 272.75 градусов по Цельсию), является действительно особенным, потому что возмущения на встроенном молекула является очень низким. Кроме того, нестабильных молекул, которые часто распадаются в других техниках, стабилизируются благодаря механизму охлаждения и теперь могут быть исследованы.»

Маркус Кох хочет расширить метод для сложных молекул

«Мы видим большой потенциал в нанокапелек гелия, потому что они предлагают прекрасные возможности для создания молекулярных систем», — сказал Кох, объясняя, почему он и его команда разработала этот метод для фемтосекундных исследований. На следующем этапе фемтосекундный групповой динамики направлено на более сложные системы. «Структура молекулы Индий, который мы использовали в качестве модели системы, является очень простой, но в будущем мы хотим посмотреть на технологически соответствующих молекул, которые являются более сложными. Я считаю, что это перспективный подход к молекулярной инженерии, где будущие материалы разрабатываются путем манипулирования квантовой поведение их молекулярных компонентов».

сделать разницу: спонсорские возможности