pirouettes الجزيئية

يشاهد العلماء الجزيئات في محاذاة فائق السرعة

تُظهر الصورة الجزء الداخلي للغرفة المفرغة التي يتم فيها تركيز حزمة ليزر عالية الكثافة (زرقاء) بعدسة متقاربة على شريط نحاسي رفيع في بقعة صغيرة للغاية (قطرها 1/100 مم). يسحب الحقل الكهربائي القوي لمضات الليزر الإلكترونات من سطح النحاس ويسرعها إلى ثلث سرعة الضوء. ثم تولد هذه الإلكترونات السريعة الأشعة السينية عالية الطاقة في الشريط النحاسي وفقًا لنفس المبدأ المتبع في أنبوب الأشعة السينية التقليدي. © MBI
قراءة بصوت عال

يؤدي فصل فائق السرعة لشحنة كهربائية داخل جزيء خلال تفاعل كيميائي إلى إعادة توجيه ما يصل إلى عشرة آلاف جزيء مجاور ومحاذاة نفسها في الرواسب الجزيئية. هذه الظاهرة التي يسببها الضوء لاحظها الباحثون مباشرة للمرة الأولى.

{} 1L

أبلغ علماء من معهد ماكس بورن للبصريات غير الخطية وطيف النبض القصير في برلين وجامعة لودفيج ماكسيميليانز في ميونيخ عن ذلك في العدد الحالي من مجلة Physical Review Letters.

في دراستهم ، استخدموا نبضات قصيرة للغاية من الضوء لإنشاء فصل بين الشحنات الكهربائية الموجبة والسالبة في الجزيئات الفردية ، والتي تتفاعل عندها جزيئات البيئة مع تغيير في اتجاهها المكاني. لأول مرة ، استولى الباحثون على هذه العملية الأساسية من خلال تشتيت نبضات الأشعة السينية فيمتوثانية بدقة عالية وفي الوقت الحقيقي.

في الطبيعة ، تتأثر التفاعلات الكيميائية والكيميائية الحيوية بشدة بالوسط المحيط ، على سبيل المثال البيئة المائية ، الجزيئية أو البلورية. ومع ذلك ، أثناء التفاعل ، يتغير هيكل البيئة ، مما يؤثر بدوره على معدل التفاعل وثبات منتجات التفاعل. تحدث هذه العمليات غالبًا في النطاق الزمني أقل من بيكو ثانية ، أي أنها أقصر من مليون من المليون من الثانية. عرض

لقطات من الهياكل الجزيئية

تقوم نبضات الأشعة السينية القصيرة جدًا بتخطيط التغير في الهياكل الجزيئية للبيئة أثناء العملية كسلسلة من "اللقطات". من هذا ، يمكن تحديد المسافة والتوجه للجزيئات مباشرة. لتوليد وميض الأشعة السينية ، يستخدم العلماء من برلين وميونيخ أشعة الليزر النبضية. لقد بحثوا في الفصل الذي يحدثه الضوء في الشحنات الجزيئية ، وهي عملية تحدث ، على سبيل المثال ، في التمثيل الضوئي.

لإحداث تغييرات في المسافات والتوجهات الجزيئية مرئية بشكل متساوٍ ، استخدم العلماء البلورة كنظام نموذجي يتم فيه ترتيب جزيئات 4- (ديزوبروبيلامينو) benzonitrile (DIABN) بانتظام. لقد نجحوا أثناء فصل الشحن وبعده في تحديد التغيرات الهيكلية في البيئة الجزيئية بدقة الكسور ذات القطر الذري.

حركات الدوران دون تأخير

على سبيل المثال ، اكتشفوا أن فصل الشحنة في الجزيء المثير يثير قوى كهربائية تتسبب في تدوير الجزيئات المحيطة بزاوية تصل إلى عشر درجات ، حسب المسافة. بسبب النطاق الكبير للتفاعل الكهربائي ، يشارك ما يقرب من عشرة آلاف من الجزيئات المحيطة في هذه العملية لكل جزيء متحمس. تحدث الحركات الدورانية دون تأخير قابل للقياس لفصل الشحنة ، والذي يحدث في نطاق بضع بيكو ثانية ، وتترك مسافة الجزيئات دون تغيير.

هذه النتائج ، التي تحققت بمزيج غير مسبوق من أعلى دقة مكانية وزمانية ، تبين أنه في الطبيعة ، ترتبط التفاعلات الكيميائية المحلية عبر الحقول الكهربائية مباشرة بالتغيرات الهيكلية في بيئة ممتدة. كما أنها تمهد الطريق للتحقيق في أنظمة أكثر تعقيدًا حتى الجزيئات البيولوجية المتبلورة. بالإضافة إلى مصادر الأشعة السينية المدفوعة بالليزر ، سيتم أيضًا استخدام نبضات الأشعة السينية الفائقة القصر من أشعة الليزر الإلكترون الحر في المستقبل لمثل هذه الفحوصات ، على سبيل المثال من XFEL ، الذي هو قيد الإنشاء في هامبورغ.

(idw Forschungsverbund Berlin، 13.06.2007 - DLO)