(Zdjęcie: Itatani i in., Nature)
Czytanie na głos Jak chmura, elektrony otaczają atom lub cząsteczkę i, w postaci orbitali, ciągną swoje trajektorie - mówi model. Kanadyjscy fizycy mogli teraz sfotografować te chmury elektronów za pomocą bardzo krótkich impulsów laserowych w zakresie femtosekundowym, że tak powiem. Dzięki tej tomografii laserowej, którą opisują w czasopiśmie naukowym Nature (t. 432, 16 grudnia, s. 871), nawet zachowanie elektronów w trakcie reakcji chemicznych może być dokładniej obserwowane. „Jak dotąd obserwowanie pojedynczych orbitali w skali czasowej reakcji chemicznych było niemożliwe” - relacjonuje Jiro Itatani i jego koledzy z National Research Council of Canada w Ottawie. „Ale tutaj pokazujemy, że pełną trójwymiarową strukturę pojedynczego orbity można zobrazować za pomocą mało prawdopodobnej techniki.” Spolaryzowane 800 nanometrowe impulsy laserowe stymulują elektron walencyjny cząsteczki azotu do opuszczenia pierwotnej trajektorii. Kiedy pole elektryczne wytworzone przez impuls laserowy jest odwrócone, elektron ten wraca do cząsteczki. W tym przypadku emitowany jest impuls świetlny, za pomocą którego można obliczyć kąt uderzenia elektronu na orbicie cząsteczki.

„Nadtony” tej emitowanej fali świetlnej, tak zwane „wyższe harmoniczne”, są kluczem do udanej migawki obszaru orbity. Ponieważ sam cofający się elektron ma energię, która odpowiada długości fali 0, 14 nanometra. W rezultacie widmo emitowanego światła między zakresem promieniowania ultrafioletowego i rentgenowskiego zmienia się w taki sposób, że można dokładnie wygenerować i zmierzyć te harmoniczne. Długość fali elektronu jest wystarczająco krótka, aby odzwierciedlić strukturę orbity w zderzeniu po opadnięciu z wysoką rozdzielczością.

Itanani i jego koledzy zgromadzili wiele widm tego emitowanego światła. Cząsteczka azotu i trajektoria opadającego elektronu były pod wieloma różnymi kątami. Promienie świetlne zebrane po zderzeniu odzwierciedlają zatem warunki w tylu różnych punktach uderzenia na orbitę molekularną. Korzystając z metody zapożyczonej z metod tomografii medycznej, byli w stanie obliczyć trójwymiarowy model orbity molekularnej na podstawie tych wielu danych.

„W niedalekiej przyszłości powinno być możliwe obserwowanie chmur elektronów - wiązań cząsteczki - bezpośrednio podczas reakcji chemicznej”, mówi Henrik Stapelfeldt z duńskiego uniwersytetu w Aarhus, oceniając możliwości tej metody tomografii. To otwiera widok na najbardziej podstawowe procesy chemiczne. Dzięki głębszemu zrozumieniu reakcji chemicznych procesy syntezy można lepiej zaplanować. pokaz

Jan Oliver Löfken

© science.de

Zalecane Wybór Redakcji