Die Bewegung einzelner Elektronen in einem Molekül kann gesteuert werden

Zum ersten Mal konnten Physiker die Bewegung einzelner Elektronen in einem Molekül verfolgen und zeigten, dass diese Prozesse gesteuert werden können. Dies wird es in Zukunft ermöglichen, den Verlauf chemischer Reaktionen und biologischer Prozesse zu steuern, um das gewünschte Ergebnis aus mehreren möglichen Reaktionsvarianten derselben Chemikalien zu erhalten.

Die Ergebnisse einer Studie an der Schweizer Technischen Hochschule in Zürich mit der Teilnahme von Oleg Tolstikhin, Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften der Moskauer Institut für Physik und Technologie, sowie Theoretikern aus Dänemark, Belgien und Kanada durchgeführt wurden veröffentlicht am 22. Oktober 2015 in der Zeitschrift Science.

Wie berichtet, wird die Bewegung von Elektronen unter Verwendung ultrakurzer Laserpulse mit einer Wellenlänge von 800 und 1300 Nanometern gesteuert. Elektronenverschiebungen wurden im Spektrum hoher Harmonischer beobachtet, die sich aus der Wechselwirkung eines Laserpulses mit einem Molekül ergeben.



Mit attophysikalischen Methoden verfolgten die Forscher die Umstrukturierung der elektronischen Hülle. Dies ist ein Schlüsselprozess für das Verständnis der chemischen Reaktion, da die Umverteilung von Elektronen der Bildung neuer chemischer Bindungen entspricht.

Eine Gruppe unter der Leitung von Hans Jacob Werner von der Schweizerischen Technischen Hochschule in Zürich führte zuvor eine Reihe von Experimenten durch, die die Möglichkeit solcher Beobachtungen überzeugend belegen. Jetzt haben die Forscher den letzten Schritt getan: Sie verfolgten de facto die Bewegung von Elektronen mit einer Auflösung von 100 Attosekunden (1 Attosekunde = ^10-18)  Sekunden) und zeigte, wie man Elektronen steuert.

Während des Experiments bewegten sich die Elektronen entlang des linearen Iodacetylenmoleküls (HCCI), bei dem es sich um längliche Ketten mit vier Atomen handelt - Wasserstoff, zwei Kohlenstoffatome und ein Iodatom. Unter dem Einfluss von Laserpulsen änderte sich die Konfiguration der Elektronenhülle: Darin erschien ein freier Platz für ein Elektron. Unter der Wirkung des Lasers entstand eine Überlagerung von zwei Quantenzuständen dieses „Lochs“: Es kann mit einiger Wahrscheinlichkeit an beiden Enden des Moleküls nachgewiesen werden.



„Wir können die Bewegung von Elektronen im Molekül steuern. Wenn diese Technologie entwickelt wird, können wir das Ergebnis chemischer Reaktionen steuern. Beispielsweise kann in einem Gasgemisch, in dem eine chemische Reaktion stattfinden kann, das Ergebnis eins sein oder unterschiedlich sein. Durch das Leuchten mit einem „richtigen“ Laser mit einer „richtigen“ Pulsform kann eines der Ergebnisse dominiert werden “, erklärte Oleg Tolstikhin, Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, Mitautor der wissenschaftlichen Arbeit.

Laut Oleg Tolstikhin können wissenschaftliche Arbeiten insbesondere bei der Entwicklung neuer Arzneimittel Anwendung finden: „Wenn Sie das Ergebnis einer chemischen Reaktion kontrollieren können, können Sie Substanzen erzeugen, große Moleküle - jedes Arzneimittel ist ein großes Molekül -, die normalerweise als Ergebnis chemischer Stoffe erhalten werden können Reaktionen in vernachlässigbaren Mengen, und es wird zum Beispiel in der Hälfte der Fälle möglich sein, die richtige Substanz zu erhalten “, sagte er.

Source: https://habr.com/ru/post/de385813/