A történelemben először rögzítették elektronok és atommagok mozgását egyszerre egy molekulában
2020 / 07 / 04 / justin.viktor
A történelemben először rögzítették elektronok és atommagok mozgását egyszerre egy molekulában
A Stanfordi Lineáris Gyorsítóközpont (SLAC) nagy sebességű „elektronkamerájának” segítségével a tudósok egyidejűleg rögzítették az elektronok és a magok mozgását egy fénnyel gerjesztett molekulában. A történet mindkét oldalának egyetlen kísérletben történő feltárása nagy tudományos kihívás volt.

Új megközelítés

A tudósoknak egy nagy sebességű elektronkamera segítségével a történelemben először sikerült megragadni az elektronok és a magok mozgását egy molekulában, miközben azt a fény gerjesztette. Megmutatták, hogy az ultragyors elektrondiffrakcióval követhetőek az elektromos és atommagi változások, miközben a két komponens természetesen szétválik.

 


Egy új kísérlet kimutatta, hogy az elektronok két, jól megkülönböztethető módon szórják szét a piridin molekulákat, ahogy azt a csíkos narancssárga kúp és a piros tekercs is mutatja. A kutatók így egyidejűleg megfigyelhetik, hogy a molekula atommagjai és elektronjai hogyan reagálnak a fényhullámokra. A vizsgálatot a SLAC „elektronkamerájával”, a MeV-UED-vel végezték. (Kép: Jimmy Yu/Stanford Egyetem)

A kísérletben a tudósok képesek voltak megfigyelni az atomok pontos helyzetét és az elektromos információkat egyidejűleg.

A technológia várhatóan pontos képet nyújt majd a molekulák viselkedéséről, miközben mérhetővé válnak az elektromos viselkedés azon aspektusai, amelyek a kvantumkémiai szimulációk középpontjában állnak. Ez új alapot nyújthat a jövőbeli elméleti és számítási módszerekhez.

Gerjesztés

A kísérlet során a tudósok lézerfénnyel gerjesztették a piridinmolekulák alkotta gázt. Ezek után nagy energiájú elektronok rövid impulzusával bombázták a gerjesztett molekulákat, pillanatképeket készítve a gyorsan átrendeződő elektronokról és atommagokról, amelyeket később összefűztek egy stop-trükk animációba, a minta fény által kiváltott alapvető változásainak videójában. 

A gerjesztés rugalmas szóródási jeleket generált, amikor az elektronok kitértek a piridin molekulából anélkül, hogy energiát nyeltek volna el, és információt kódolt a molekulák atommagjainak viselkedéséről. A rugalmatlan szóródási jelek pedig - melyek akkor keletkeznek, amikor az elektronok energiát cserélnek a molekulával - az elektromos változásokról tartalmaztak információt.

A szóródás e két fajtájából származó elektronok különböző pontokban jelentkeztek, lehetővé téve az elemzők számára, hogy a két jelet szépen elkülönítsék, és valós képet kapjanak arról, ahogy a részecske elektronjai és atommagjai egyidejűleg működnek.


A korábbi módszerekkel a kutatók már megfigyelték a piridin molekulában levő nitrogénatomot ahogy felfelé és lefelé hajlik a fény gerjesztésének hatására. Az új módszerrel képesek voltak észlelni az elektronsűrűség változásait is, amelyek ugyanakkor történtek. A kék buborékok a csökkenő elektronsűrűséget, míg a vörös buborékok sűrűség-növekedést mutatnak a ki gerjesztetlen piridinnel szemben. (Fotó: Jimmy Yu/Stanford Egyetem)

Pontos szimuláció

Xiaolei Zhu a kísérlet egyik résztvevője, a Stanford posztdoktori ösztöndíjasa, elmondta:  „Mindkét megfigyelés szinte pontosan megegyezik a szimulációval, melynek célja az összes lehetséges reakciócsatorna figyelembevétele. Ez világos képet ad nekünk az elektromos és a magi változások kölcsönhatásáról.” 

„Ez a módszer kiegészíti azokat a szerkezeti információkat, melyeket röntgendiffrakciós és egyéb technikákkal, például SLAC féle Linac koherens fényforrás (LCL) röntgenlézer révén gyűjtöttünk össze, ami a kémiai dinamika pontos részleteit is képes mérni a legrövidebb időkeretekben, amint arról nemrégiben beszámoltak egy másik fény okozta kémiai reakció esetében” - tette hozzá Zhu.

Thomas Wolf társszerző és a SLAC tudósa hozzátette:  „Látjuk, hogy a MeV-UED egyre inkább olyan eszköz, amely kiegészíti a többi technikát. Az a tény, hogy az elektromos és az atommagi struktúrákat ugyanabba az adatkészletbe vonhatjuk, együtt mérve, de külön-külön is megfigyelve, új lehetőségeket kínál majd arra, hogy egyesítsük a megtanultakat más kísérletekből származó ismeretekkel.”

(Forrás: Sciencemag Képek: Pexels)

https://raketa.hu/a-tortenelemben-eloszor-rogzitettek-elektronok-es-atommagok-mozgasat-egyszerre-egy-molekulaban


Ezek is érdekelhetnek

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.