Wizualizowanie zmian w wiązaniach atomowych
Wielu osobom znana jest fizyka orbit, po jakich poruszają się elektrony wokół atomów, i wiązań powstających między elektronami walencyjnymi, czego efektem są orbitale molekularne. Zmiany stanów molekularnych w małych cząsteczkach liniowych można teraz obserwować doświadczalnie przy pomocy zaawansowanej tomografii orbitali molekularnych. Zastosowanie pierwszego podczerwonego pola laserowego powoduje porządkowanie się cząsteczek. Następnie drugie silne podczerwone pole laserowe powoduje emitowanie skrajnie ultrafioletowego światła przez cząsteczki w postaci ultrakrótkich impulsów attosekundowych (attosekunda do jedna miliardowa miliardowej sekundy). Cechy tej attosekundowej emisji umożliwiają zrekonstruowanie promieniujących orbitali molekularnych. W ramach projektu ATTO-DYNAMICS finansowany ze środków UE zespół badawczy wykorzystał jednocześnie dwa systemy detekcji, aby zbadać zmiany zachodzące w orbitalach molekularnych. Doświadczenia ujawniły ultraszybką migrację ładunków zachodzącą w podtlenku azotu po wzbudzeniu laserem. Naukowcy opracowali model umożliwiający opisywanie dwóch spójnie wzbudzanych stanów elektronowych, powiązanych z emisją. Ciekawe wyniki uzyskano także w badaniach emisji attosekundowej przy pomocy cząsteczek sześciofluorku siarki. W widmie zaobserwowano nakładanie się kilku stanów walencyjnych bliskich progowi jonizacji. Uczeni wyjaśnili względne udziały sześciu stanów walencyjnych. Analizy potwierdzają założenie, zgodnie z którym superpozycja kilku stanów elektronowych jest ogólną cechą emisji molekularnej, jeżeli kilka stanów o bardzo różnych strukturach orbitalnych jest bliskich progowi jonizacji. Badania małych węglowodorów ujawniły też ograniczenie konwencjonalnych technik emisji attosekundowej. Analizy skłoniły naukowców do zmodyfikowania długości fal pola laserowego do średniej podczerwieni. W połączeniu z nowo opracowano dwudetekcyjną techniką pełnego mapowania, technologia ta umożliwia rozszerzenie możliwych zastosowań tomografii molekularnej. Projekt ATTO-DYNAMICS przesunął granice technik doświadczalnych umożliwiających badanie attosekundowych zmian molekularnych, wynikających z oddziaływania cząsteczek z silnymi polami świetlnymi. Zaawansowane narzędzia doświadczalne umożliwią narzędziom badanie ultraszybkiej dynamiki, na przykład zachodzącej w reakcjach chemicznych. Teraz badacze mogą jeszcze dokładniej wizualizować ultraszybkie migracje ładunków w układzie, a także badać ważne zagadnienia z dziedziny mechaniki kwantowej.
Słowa kluczowe
Attosekundowe, zmiany molekularne, migracja ładunku, elektrony walencyjne, orbitale molekularne, podczerwień
