Τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας συγχρονίζονται με τον εξαιρετικά γρήγορο Pulse Pulse ανιχνευτή πώς αλλάζουν οι δονητικές καταστάσεις ατόμων στο χρόνο
Τα περισσότερα από αυτά που είναι γνωστά για τους χημικούς δεσμούς προέρχονται από τη μελέτη των μορίων σε κατάσταση ηρεμίας. Αλλά όταν τα μόρια απορροφούν το φως, τα συστατικά άτομα τους αρχίζουν να δονείται, τα οποία αλλάζουν γρήγορα το σχήμα των χημικών τους δεσμών τους. Αυτό μπορεί να αλλάξει δραματικά τον τρόπο με τον οποίο τα μόρια αντιδρούν μεταξύ τους.
Η μελέτη της δυναμικής των ατόμων σε αυτά τα εξαιρετικά γρήγορα χρονοδιαγράμματα ήταν δύσκολη, αλλά τα τελευταία χρόνια, νέες πηγές ακτίνων Χ έχουν ανοίξει νέες δυνατότητες. Στο Linac Ceherent Light Source (LCLS) ακτίνων Χ Λέιζερ ελεύθερου ηλεκτρονίου στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών SLAC στο Menlo Park της Καλιφόρνια, οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει μια καινοτόμο τεχνική που ονομάζεται φασματοσκοπία εκτός της εποχής υψηλής ενέργειας ή ήρωας.
Περιλαμβάνει τη διέλευση ηλεκτρόνων υψηλής ενέργειας που έχουν συγχρονιστεί με παλμό λέιζερ μέσω των ταλαντευόμενων μορίων και στη συνέχεια αναλύουν τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια είναι διάσπαρτα σε διάφορες οπτικές γωνίες. Αυτό επιτρέπει στους ερευνητές να παρατηρούν άμεσα πώς τα μήκη και οι γωνίες των χημικών δεσμών του μορίου αλλάζουν σε πραγματικό χρόνο.
Σε ένα πείραμα απόδειξης της ιδέας, η ομάδα μελέτησε μόρια μονοξειδίου του άνθρακα που χτυπήθηκαν από παλμό λέιζερ femtosecond στο SLAC. Τα πειράματα μετρήθηκαν, σε πραγματικό χρόνο, οι εξαρτώμενες από το χρόνο μεταβολές στο μήκος του δεσμού άνθρακα-οξυγόνου μετά την απορρόφηση του φωτός.
"Θέλουμε να κατανοήσουμε πώς η ενέργεια ρέει μεταξύ διαφορετικών τμημάτων του μορίου", δήλωσε ο Giulia Pinardi, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο SLAC και ο επικεφαλής συγγραφέας μιας μελέτης που δημοσιεύθηκε σε επιστολές φυσικής αναθεώρησης στις 17 Δεκεμβρίου.
Σε αυτή την περίπτωση, το μονοξείδιο του άνθρακα δονείται μετά από απορρόφηση φωτός, γεγονός που εμποδίζει το μόριο να διαχωριστεί σε ελεύθερα άτομα άνθρακα και οξυγόνου. Με τη λήψη αυτής της κίνησης λεπτομερώς, η ομάδα θα μπορούσε να μάθει πολλά για το πώς οι μοριακές δονήσεις επηρεάζουν τη χημική αντιδραστικότητα.
Στο μέλλον, η ομάδα σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει την τεχνική HEROS για να διερευνήσει πιο συγκεκριμένες μοριακές κινήσεις. Θέλουν επίσης να ακολουθήσουν χημικές αντιδράσεις σε πιο σύνθετα μόρια που θα μπορούσαν να είναι σημαντικά για το σχεδιασμό νέων φαρμάκων ή υλικών.
"Ο Heros είναι ουσιαστικά σαν τη φωτογραφία Strobe", δήλωσε ο συν-συγγραφέας Mike Minitti. "Μπορούμε να πάρουμε μια σειρά στιγμιότυπων με ένα λέιζερ ακτίνων Χ για να παρακολουθήσουμε τις κινήσεις καθώς μια αντίδραση πηγαίνει προς τα εμπρός. Αυτό είναι κάτι καινούργιο και αποτελεί απόδειξη του λέιζερ ακτίνων Χ".
