Прорыв в наблюдении за химическими реакциями в реальном времени: учёные впервые увидели, как рождаются молекулы

Учёные из Института экспериментальной физики Грацкого технического университета под руководством Маркуса Коха впервые смогли отследить в реальном времени процесс образования кластера из отдельных атомов магния, детально описав все сопутствующие процессы.

Для проведения эксперимента атомы магния были изолированы с помощью сверхтекучего гелия, что позволило создать необходимые условия для наблюдения. Использование сверхтекучего гелия, по словам Коха, решило проблему, часто возникающую при наблюдении химических процессов в реальном времени: мгновенное образование прочных связей между атомами магния. Капельки сверхтекучего гелия выступили в роли «нанохолодильников», изолируя отдельные атомы магния друг от друга при экстремально низкой температуре 0,4 Кельвина (-272,75 °C) на расстоянии одной миллионной миллиметра. Это позволило инициировать образование кластера с помощью лазерного импульса и точно отслеживать этот процесс.

Образование кластера инициировалось лазерным импульсом, а наблюдение за процессом осуществлялось с помощью фотоэлектронной и фотоионной спектроскопии. Для ионизации образующегося кластера использовался второй лазерный импульс. Анализ полученных данных – ионов и выпущенных электронов – позволил исследователям детально реконструировать все стадии процесса.

Ключевым открытием стало явление «пулинга энергии» (energy pooling). Несколько атомов магния, связываясь друг с другом, передают энергию возбуждения, полученную от первого лазерного импульса, одному атому в кластере, что приводит к его переходу в гораздо более высокоэнергетическое состояние. Это первое наблюдение пулинга энергии с временным разрешением.

Майкл Штадльхофер, проводивший эксперименты в рамках своей докторской диссертации, подчеркнул точность наблюдения, достигнутую благодаря методу. Команда надеется, что разработанный метод изоляции атомов внутри капель гелия будет применим и к другим элементам, что расширит возможности фундаментальных исследований.

Кроме того, полученные данные о пулинге энергии могут иметь значение для процессов переноса энергии в различных областях, например, в фотомедицине или использовании солнечной энергии. Это открытие открывает новые перспективы в понимании и управлении химическими процессами на атомном уровне.

 Источник: Communications Chemistry, phys.org