Los investigadores, por primera vez, han podido rastrear el movimiento de un electrón en una molécula en tiempo real y han demostrado que estos procesos pueden controlarse; en el futuro esto permitirá controlar directamente el progreso dereacciones químicas y procesos biológicos y obtener un resultado deseado literalmente con solo tocar un botón. Los resultados del estudio se han publicado en la revista científica ciencia .
Los autores del estudio, experimentadores dirigidos por el Prof. Dr. Hans Jakob Wörner del Instituto Federal Suizo de Tecnología ETH Zurich y teóricos de Rusia, Dinamarca, Bélgica y Canadá, incluido Oleg Tolstikhin del MIPT, están investigando qué esconocido como "atofísica": el estudio de eventos con resolución de tiempo de attosegundo, es decir, una billonésima parte de una billonésima de segundo 10 ^ -18 de segundo.
Utilizando métodos de atofísica, los investigadores están tratando de rastrear el movimiento ultrarrápido de electrones en las moléculas, o más precisamente la reestructuración de sus capas de electrones. Estos procesos son la clave para comprender las reacciones químicas y bioquímicas, ya que es la "redistribución"de electrones que están involucrados en la formación de nuevos enlaces químicos. El grupo liderado por Wörner realizó previamente una serie de experimentos decisivos que demostraban la posibilidad de tales observaciones, y ahora los investigadores han logrado dar el paso final: en realidad han rastreado el movimientode electrones con una resolución de tiempo de 100 attosegundos, y demostró que se pueden controlar.
"El estudio observó la migración de electrones a lo largo de una molécula lineal. Pudimos ver, por primera vez, el movimiento de electrones, cómo sucede todo, en detalle. Además, demostramos que este movimiento puede controlarsey, por lo tanto, es teóricamente posible controlar el resultado de las reacciones químicas ", dijo Tolstikhin, investigador jefe y profesor asociado de la Sección de Física Teórica del MIPT.
En el experimento, los investigadores utilizaron moléculas de yodoacetileno HCCI, que son cadenas alargadas de cuatro átomos: hidrógeno, dos átomos de carbono y un átomo de yodo. Bajo el efecto de pulsos láser potentes y muy cortos, la capa de electrones de la moléculala configuración cambió: apareció un "agujero", una vacante de caparazón que luego comenzó a oscilar moviéndose de un extremo de la molécula al otro.
Tolstikhin enfatiza que no es movimiento en un sentido literal, como en la física clásica. "Como resultado de la ionización de túnel en un campo láser fuerte, se produce una superposición de dos estados cuánticos del agujero: es similar al gato de Schrödinger queestá simultáneamente vivo y muerto; en esta superposición, el agujero se puede encontrar en los extremos opuestos de la molécula al mismo tiempo. La probabilidad de encontrar un agujero en cualquier extremo oscila con el tiempo, que es lo que crea el efecto de la migración del agujeromolécula. El agujero se mueve de un extremo a otro y el tiempo característico que se tarda en realizar este movimiento es de aproximadamente 100 attosegundos ", dice Tolstikhin.
Al irradiar moléculas orientadas con potentes pulsos láser, los investigadores pudieron obtener espectros de alta armonía que reflejaban el estado de la capa de electrones de una molécula. En este experimento, los investigadores pudieron, por primera vez, obtener un conjunto completo dedatos, incluidas las fases relativas de los armónicos necesarios para restaurar la dinámica del agujero. La tarea de los teóricos era aislar la información sobre esta dinámica de los datos obtenidos, y aprender a descifrar los espectros, así como los astrofísicos usan el desplazamiento Doppler en el espectro de una estrella paramedir su velocidad
"En realidad, no estamos observando la posición de los electrones, sino más bien el espectro de alta armonía que ocurre durante el proceso de interacción entre un potente pulso láser y una molécula. Utilizando estos espectros, que están indirectamente vinculados al movimiento deel agujero, su posición se puede restaurar, que es lo que hemos hecho aquí ", dice Tolstikhin.
Además, al alterar la polarización del láser, los investigadores demostraron la capacidad de influir en la dinámica de la reestructuración de la capa de electrones de una molécula utilizando un campo láser ". Esto es lo que finalmente permitirá controlar el resultado de las reacciones químicas. Sitiene una mezcla en la que las reacciones químicas pueden dar como resultado diferentes resultados, puede, al elegir las formas de pulso requeridas, seleccionar el resultado deseado ", dice Tolstikhin.
Según Tolstikhin, un grupo internacional de investigadores es muy común y típico en los estudios científicos modernos. La sinergia de conocimiento y experiencia de los cinco grupos de físicos de diferentes países es exactamente lo que permitió al equipo lograr su objetivo.
Este estudio se realizó con el apoyo del Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia Asignación de Estado No. 3.679.2014 / K.
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Materiales proporcionados por Instituto de Física y Tecnología de Moscú . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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