分子状态转换技术提供了洞察反应的复杂性

操纵分子旋转的新技术利用光波的电场可以提供洞察化学反应中电子的运动。¹

化学家理解一般来说,反应发生在电子总势能降低诱导原子重新配置。跟踪电子的picometre-scale运动飞秒发生在一个特定的反应,和理解影响反应发生的概率,但是,仍然是一个艰巨的挑战。

扫描隧道显微镜和飞秒光谱是近几十年来最重要的化学的发展。在第一个——这导致了1986年的诺贝尔物理学奖——一个自动细探针通过很少的距离在一个表面在不同的电势。由此产生的隧道电流产生一个图像的表面原子分辨率。第二,奖励化学诺贝尔奖在1999年——两个激光脉冲间距为几飞秒:第一激发分子反应,第二反应的进展。

2016年,领导的研究人员Jascha棱纹平布和鲁珀特•休伯雷根斯堡大学的辐照的扫描隧道显微镜(STM)和一个从太赫兹激光超短脉冲经过表面。²他们发现脉冲电磁场可能干扰偏差电压充分提取并五苯的单电子的分子。通过研究对隧道电流的影响,研究人员为特征的反应分子,结合扫描隧道显微镜的空间分辨率和时间分辨率的飞秒光谱。

在最近的工作中,这个小组研究了镁酞菁——有两个稳定状态,就吸附在氯化钠。当他们定位STM翻倒镁酞菁分子和应用光脉冲的强度不足以刺激电子隧道效应,他们发现——像预期的那样——分子并没有改变状态。然而,大约10秒后,研究人员达到第二个脉冲的分子。第二个脉冲可以诱导切换。更令人吃惊的是,他们发现分子的概率将开关被第二个脉冲时增加了第一。

他们得出的结论是,第一脉冲电场的扭力造成表面的分子振动,这些振动的电子密度可以影响化学反应。第一个脉冲不能切换,”解释了棱纹平布,但这样做可以让它更有可能一旦它可以提升为一个国家。研究人员最终希望研究化学反应机制使用这项技术,但棱纹平布说,很难找到一个合适的人选。“这是一个分子,”他说。我们需要找到一个反应的分子可以返回相同的状态在每一个周期的结束。”

这里迷人的不是原子的运动是由光脉冲控制,”说路德维希·巴特尔加州大学河滨分校的。有趣的是控制在一个连贯的方式。半个周期,我有一个电场指向一个方向,半个周期,我有一个字段指向相反的方向,并根据字段指向的方向反应进行或不进行…Jascha和他的同事们实现控制的最小实体可以在最短的时间尺度在化学,化学是有道理的。”