Ultraszybka dynamika w dużych cząsteczkach
W skali attosekund (trylionowe części sekundy) jądra atomów nie mają czasu, by się poruszać. Są "zamrożone" i uważa się je za "czysto" elektronowe. Technologia lasera attosekundowego umożliwia śledzenie w czasie rzeczywistym drgania związanych elektronowych pakietów falowych, a także przenoszenie nośników ładunków (elektronów i dziur). W ramach projektu ATTOTREND (Femto- and attosecond imaging of molecular multiple ionization: Time-resolved electron and nuclear dynamics using free electron lasers and ultra-short pulses), finansowanego ze środków UE, naukowcy badali procesy wzbudzenia, mogące prowadzić do rozpadu prostych cząsteczek, na przykład wodoru czy tlenu. Uczeni wykorzystali dwa identyczne ekstremalnie ultrafioletowe impulsy laserowe do uzyskania dokładnego obrazu wrodzonej dynamiki elektronów z rozdzielczością attosekundową. Wizualizacja bezpośrednich i wielofotonowych procesów jonizacji była możliwa dzięki zróżnicowaniu opóźnienia czasowego między dwoma impulsami. Ponadto, wykorzystując attosekundowe impulsy światła ultrafioletowego, przestrajalne w domenie częstotliwości, możliwe było przełączanie wzbudzonego stanu elektronowego neutralnych cząsteczek. Efektu tego użyto do koherentnego kontrolowania wzbudzenia poprzez określone szlaki. Zaobserwowane bogactwo i złożoność ultraszybkiej dynamiki, nawet w prostych cząsteczkach wodoru i tlenu, są niezwykłe. Co więcej, przed badaczami otworzyły się niezwykłe możliwości połączenia fizyki attosekundowej i chemii attosekundowej. Kolejnym krokiem było rozszerzenie opracowanej metodologii, tak by zbadać foto-jonizację większych cząsteczek o wielu elektronach, na przykład metanu czy tetrafluorku węgla. Wykorzystano teorię funkcjonału gęstości, aby opisać wszystkie różne zaobserwowane zjawiska w ujednoliconych ramach teoretycznych. Większość badań prowadzonych w projekcie ATTOTREND dotyczyło dość prostych cząsteczek. Uczeni przyjrzeli się jednak także bardziej złożonym molekułom. Prześledzili zmiany struktury elektronowej aminokwasu noszącego nazwę fenyloalaniny po zastosowaniu attosekundowych impulsów światła. Zgromadzone dane stanowią pierwsze eksperymentalne potwierdzenie zainicjowania ruchu nośników ładunku w złożonej cząsteczce, gdzie dynamika elektronów poprzedza drganie jądra. Technologia lasera attosekundowego doprowadziła do znacznego poszerzenia granic biologicznych badań molekularnych. Dzięki projektowi ATTOTREND możliwe stanie się opracowanie nowych technologii opartych na kontrolowaniu prądów elektronów w skali cząsteczek.
Słowa kluczowe
Ultraszybka dynamika, duże cząsteczki, attosekunda, technologia laserowa, ATTOTREND, elektron, jądrowy