Американские ученые первыми в мире пронаблюдали на практике, как меняется геометрическая структура молекулы метана при возбуждении светом. Разработанный для этого метод позволит изучать более сложные структуры. Исследование опубликовано в журнале Science.
Исследование того, как молекулы реагируют на возбуждение светом, позволяет ученым понять, как во время химической реакции перемещаются электроны. Большой вопрос при этом — как молекула справляется с избытком энергии, не разрушаясь при этом. Теоретически понятно, что избыток энергии перераспределяется в молекуле, и это влияет на ее геометрическую структуру, но не нарушает связи. Разработанная несколькими десятилетиями ранее теория также позволяла предсказать, как в таком случае будут меняться длина связи и углы между атомами, а также какие промежуточные структуры будет принимать молекула. Однако «увидеть своими глазами» этот процесс исследователи до сих пор не могли.
В новой работе американские ученые впервые наблюдали за изменениями в структуре ионизированной молекулы метана. Они создавали ионы метана, особенность которых заключается в том, что при возбуждении светом они не разрушаются. В исследовании ученые применяли метод ультрабыстрой рентгеновской спектроскопии. Сначала они возбуждали молекулу метана лазером, в результате чего она поглощала свет и теряла электрон, превращаясь в ион. Затем ученые с помощью спектроскопии пронаблюдали за релаксацией иона, то есть за его возвращением в равновесное состояние. Полученные сигналы показали, как изначально симметричная форма исказилась всего за 10 фемтосекунд. Это была экспериментальная демонстрация давно известного эффекта Яна — Теллера. При этом в течение следующих 58 фемтосекунд искаженный ион вибрировал, двигаясь как ножницы. Такие вибрации позволяли перераспределить энергию по молекуле.
Результаты этой работы важны для дальнейшего применения рентгеновской спектроскопии в схожих исследованиях. Молекула метана очень простая, но на ее примере ученым удалось продемонстрировать один из простейших типов искажений, которые ранее были предсказаны теоретически. Однако в будущем тот же метод поможет в изучении других типов искажения, а также более сложных молекул. Такие подробности о поведении ядра и электронов в молекулах, возбуждаемых светом, в будущем могут привести к новым технологиям в области фотокатализа и преобразования энергии.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
