МФТИ: лазер помог физикам увидеть сверхбыстрые изменения в молекулах
Ученые из МФТИ и их коллеги из Японии и Китая научились «заглядывать» внутрь молекул при помощи фемтосекундного лазера и наблюдать за изменениями в их структуре, которые длятся миллиардные доли миллиардной доли секунды, говорится в двух статьях, опубликованных в журнале Physical Review Letters.
«Пока аттосекундная физика находится в стадии фундаментальной науки, и практических применений у подобных наблюдений мало. Но можно предположить, что мы в будущем сможем «стрелять» лазером в нужный момент в нужное место, обеспечивая контролируемый исход химического превращения”, — заявил Олег Толстихин из Московского Физтеха в Долгопрудном.
Толстихин и физики из университета Нагойи (Япония) и университета Вуханя (Китай) смогли проследить за тем, как молекула оксида азота распадается на кислород и азот при столкновении с фотоном и затем объединяется назад через несколько аттосекунд (10 в минус 18 степени).
Как отмечают ученые, изучать подобные процессы крайне тяжело из-за их скоротечности, поэтому физикам приходится применять различные нетривиальные приборы и схемы проведения эксперимента, для того чтобы сделать их «видимыми» для наших приборов.
Один из таких методов заключается в использовании туннельной ионизации. Облучая молекулу NO при помощи слабого ультрафиолетового импульса, ученые переводили электроны в ней в возбуждённое состояние. После этого следовала мощная инфракрасная вспышка лазера, которая заставляла электрон покинуть молекулу благодаря эффекту квантового туннелирования.
Оторвавшись от молекулы под действием сильного лазерного поля, электрон возвращался обратно и «разбивал» молекулу на положительный ион азота и атом кислорода. Затем ученые измеряли распределение ионов азота, что позволило им измерить то, как поляризация импульса лазера влияла на вероятность распада молекулы NO. Результаты эксперимента хорошо согласуются с предсказаниями асимптотической теории туннельной ионизации.
© Фото: Олег Толстихин Фотография молекулы NO до и после ее возбуждения
Получив подобные результаты, Толстихин и его коллеги разработали методику наблюдений за молекулами, используя подобный подход, который они описали во второй статье. Теоретический анализ этого процесса показал, что данный прием позволяет наблюдать, что произошло с атомом или молекулой за время между вылетом электрона и его возвращением к иону с аттосекундным разрешением, и даже получать голографическую трехмерную «фотографию» того, как выглядела молекула до столкновения.
Это, как надеются авторы статьи, дает надежду на то, что подобные наблюдения за самыми быстрыми процессами в мире физики можно будет вести и для других молекул и атомов.
Ознакомиться с работами ученых:
Imaging Electronic Excitation of NO by Ultrafast Laser Tunneling Ionization
Tomoyuki Endo, Akitaka Matsuda, Mizuho Fushitani, Tomokazu Yasuike, Oleg I. Tolstikhin, Toru Morishita, and Akiyoshi Hishikawa
Phys. Rev. Lett. 116, 163002 – Published 20 April 2016
DOI:http://dx.do
http://journals.