Новости космоса и технологий. » Физика » Атомный бильярд с рентгеновскими лучами: новый подход к изучению молекул

Атомный бильярд с рентгеновскими лучами: новый подход к изучению молекул

Опубликовал: Admin, 26-09-2020, 01:01, Физика, 57, 0

Атомный бильярд с рентгеновскими лучами: новый подход к изучению молекул

В 1921 году Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике за открытие, что свет квантуется, взаимодействуя с материей в виде потока частиц, называемых фотонами. С первых дней квантовой механики физики знали, что фотоны также обладают импульсом. Способность фотона передавать импульс использовалась в новом подходе ученых из Института Макса Борна, Уппсальского университета и Европейской лаборатории рентгеновских лазеров на свободных электронах для наблюдения фундаментального процесса взаимодействия рентгеновских лучей с атомами. Подробные экспериментальные и теоретические результаты представлены в журнале Наука .

Поглощение и испускание фотонов атомами - фундаментальные процессы взаимодействия света с веществом. Гораздо реже бывают процессы, в которых несколько фотонов одновременно взаимодействуют с одним атомом. Доступность интенсивных лазерных лучей с 1960-х годов привела к развитию нелинейной оптики для наблюдения и использования таких процессов.

Совершенно новые возможности открываются, если можно использовать нелинейную оптику с рентгеновскими лучами вместо видимого света. Использование ультракоротких вспышек рентгеновских лучей позволяет детально изучить движение электронов и ядер атомов в молекулах и твердых телах. Эта перспектива была одной из движущих сил, приведших к созданию рентгеновских лазеров на базе ускорителей частиц в нескольких странах. Когда в 2017 году начал работу европейский рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL, научное сообщество сделало важный шаг в этом направлении. Тем не менее прогресс в использовании нелинейных рентгеновских процессов для изучения фундаментального взаимодействия с веществом был медленнее, чем ожидалось. «Обычно более сильные линейные процессы заслоняют интересные нелинейные процессы», - говорит профессор Улли Эйхманн из Института Макса Борна в течение нелинейная оптика и спектроскопия коротких импульсов в Берлине.

Немецко-шведская группа исследователей продемонстрировала новый метод наблюдения нелинейных процессов без нарушения линейных процессов. Для этого команда использовала импульс, который передается между рентгеновскими лучами и атомами. При пересечении сверхзвукового атомного пучка с рентгеновским пучком они могут идентифицировать те атомы, которые подверглись так называемому процессу вынужденного комбинационного рассеяния света - фундаментальному нелинейному процессу, при котором два фотона с разной длиной волны попадают в атом, а два фотона с большей длиной волны оставь атом. Результаты занесены в журнал Наука .

«Фотоны передают импульс атому - полностью аналогично тому, как бильярдный шар ударяется в другой», - объясняет Эйхманн. В процессе стимулированного комбинационного рассеяния оба фотона покидают атом в том же направлении, что и два падающих фотона, поэтому импульс атома и его направление полета остаются практически неизменными. Гораздо чаще встречаются линейные процессы, где один фотон поглощается с последующим испусканием другого фотона, имеют другую сигнатуру: поскольку испускаемый фотон обычно испускается в другом направлении, атом будет отклоняться. Таким образом, наблюдая за направлением атомов, ученые смогли четко отличить стимулированный рамановский процесс от других процессов.

«Новый метод открывает уникальные возможности, если в будущем он будет объединен с двумя рентгеновскими импульсами с задержкой по времени с разными длинами волн. Такие импульсные диаграммы недавно стали доступны в рентгеновских лазерах, таких как European XFEL», - объясняет доктор Майкл Мейер, исследователь на европейском XFEL.

Поскольку рентгеновские импульсы с разными длинами волн позволяют исследователям конкретно обращаться к конкретному атомы в молекуле можно подробно наблюдать, как волновые функции электронов в молекулах меняются с течением времени. В конечном итоге ученые надеются не только наблюдать за этой эволюцией, но и влиять на нее с помощью специально подобранных лазерных импульсов. «Наш подход позволяет лучше понять химические реакции в атомном масштабе и может помочь направить реакции в желаемом направлении. Поскольку движение электронов является важным этапом химических и фотохимических реакций, происходящих, например, в батареях и Солнечных элементах. , Наш подход может дать новое представление о таких процессах, - говорит Ян-Эрик Рубенссон, профессор Упсальского университета.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии