Используя высокую скорость «электрона камеры» по национальной лабораторией Министерства энергетики ускорителе SLAC ускоритель, ученые одновременно захватили движения электронов и ядер в молекуле, после того, как он был взволнован светом. Впервые это было сделано с сверхбыстрой дифракции электронов, которая рассеивает мощный луч электронов материалами, чтобы забрать крошечных молекулярных движений.
«В этом исследовании мы показываем, что с сверхбыстрой электронной дифракции, можно следовать электронных и ядерных изменений пока естественно распутывания двух компонентов», — говорит Тодд Мартинез, профессор Стэнфордского химии и Стэнфорд пульс научный сотрудник Института, участвующих в эксперименте. «Это первый раз, что мы смогли непосредственно увидеть подробный позиций атомов и электронной информации одновременно.»
Методика позволит исследователям получить более точную картину того, как молекулы ведут себя при измерении аспекты электронных поведения, которые лежат в основе моделирования квантовой химии, обеспечивая новый фундамент для будущих теоретических и вычислительных методов. Команда опубликовала сегодня свои выводы в науке.
Скелеты и клей
В предыдущих исследованиях, инструмент ускорителе SLAC для сверхбыстрой дифракции электронов, МэВ-Уэд, позволили исследователям создать высокой четкости «фильмы» молекул на распутье и структурные изменения, которые происходят, когда кольцевые молекулы взламываем в ответ на свет. Но до сих пор прибор не чувствителен к электронному изменений в молекулах.
«В прошлом, мы смогли отследить атомного движения, как это случилось», — говорит ведущий автор Цзе Ян, ученый в дирекции ускоритель ускорителе SLAC и Стэнфордского института пульс. «Но если вы посмотрите поближе, вы увидите, что ядра и электроны, составляющие атомы также имеют конкретные роли. Ядер образующих скелет молекулы, а электроны-это клей, который скрепляет скелет».
Замораживание сверхбыстрых движений
В этих экспериментах группа ученых под руководством исследователей из ускорителе SLAC и Стэнфордского университета изучала пиридина, который относится к классу кольцеобразных молекул, которые являются центральными в свет управляемых процессов, таких как УФ-индуцированного повреждения ДНК и ремонт, фотосинтеза и преобразования солнечной энергии. Потому что молекулы поглощают свет почти мгновенно, эти реакции являются очень быстрым и трудным для изучения. Ультра-высокоскоростных камер, как МэВ-Уэд могут «заморозить» движения, происходящие в течение фемтосекунд, или миллионные доли миллиардной доли секунды, чтобы позволить исследователям следить за изменениями по мере их возникновения.
Во-первых, исследователи сверкнул лазерный луч в Газе молекулы пиридина. Затем они взорвали возбужденных молекул с коротким импульсом высокоэнергетичных электронов, производя снимки их быстро переставляя электронов и атомных ядер, которые могут быть слиты воедино в стоп-моушн видео света-индуцированных структурных изменений в образце.
Четкое разделение
Ученые обнаружили, что упругое рассеяние сигналов, издаваемых при электронов дифрагирует от молекулы пиридина без поглощения энергии, закодированной на нем информацией о ядерных поведения молекул, при неупругом рассеянии сигналов, издаваемых при энергообмена электронов с молекулой, содержит информацию о электронных изменений. Электроны из этих двух типов рассеяния появились под разными углами, что позволяет исследователям четко разделить два сигнала и непосредственно наблюдать за тем, что электронов и ядер молекулы делали одновременно.
«Оба эти замечания согласен почти точно с моделирования, который предназначен, чтобы учесть все возможные каналы реакции,» говорит соавтор Xiaolei Чжу, который был postdoctoral собрат в Стэнфорде во время этого эксперимента. «Это обеспечивает исключительно четкое представление о взаимосвязи между электронными и ядерными изменениями.»
Дополнительных методов
Ученые полагают, что этот метод будет дополнять структурные данные, собранные с помощью дифракции рентгеновских лучей и другими методами в таких документах, как ускорителе SLAC в линейный ускоритель когерентного источника света (LCLS) рентгеновский лазер, который способен измерить точные сведения о химической динамики в кратчайшие сроки, как сообщил недавно на другой свет-индуцированной химической реакции.
«Мы видим, что МэВ-ОЗД становится все больше и больше инструментом, который дополняет другие методы», — говорит соавтор и ускорителе SLAC ученый Томас Вулф. «То, что мы можем сделать электронной и атомной структуры в один и тот же набор данных, измеренных вместе еще наблюдаются раздельно, предоставит новые возможности для объединения того, что мы узнаем со знаниями из других экспериментов».
‘Новый взгляд на вещи’
В дальнейшем эта методика позволит ученым следить за сверхбыстрые фотохимические процессы, где время электронных и ядерных изменений имеет решающее значение для исхода реакции.
«Это действительно открывает новый взгляд на вещи с сверхбыстрой электронной дифракции», — говорит соавтор Сицзе Ван, директор МэВ-ОЗД инструмент. «Мы всегда пытаемся выяснить, как электроны и ядра на самом деле используете, чтобы эти процессы так быстро. Этот метод позволяет определить, какой приходит первым … изменение электронов или изменения в ядрах. Как только вы получите полную картину того, как эти изменения играть, вы можете начать предсказывать и контролировать фотохимических реакций».
МэВ-Уэд является инструментом LCLS, офис Пупкин науки пользователей объекта. Исследовательская группа также входят ученые из Университета Небраски-Линкольна, университет Стони Брук в Нью-Йорке и Университета Потсдама в Германии. Эта работа была поддержана отделом науки.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!