Электронная динамика в молекулярном водороде,
сопровождаемая фотоионизацией с помощью
аттосекундных импульсов лазера. Свойства
оставшегося электрона (отображен зеленым)
измерены экспериментально и отображены в
качестве диаграммы. Возвышенности и низины на
графике соответствуют высокой вероятности
нахождения у разных ядер водорода.
(Рисунок из Nature, 2010,
DOI: 10.1038/nature09084)
Почти десятилетие исследователи пытались создать короткие лазерные импульсы, продолжительностью в одну аттосекунду (10–18 секунды), поскольку такие импульсы могли бы вывести изучение атомов и молекул на новый уровень. В отличие от фемтосекундных импульсов, которые способны «заморозить» положение молекул и отдельных атомов, аттосекундные импульсы могут позволить зафиксировать положение электронов.
С момента разработки аттосекундные импульсы лазера применялись для изучения различных процессов – возбуждения и ионизации атомов или динамического поведения электронов в твердых телах, однако до настоящего времени их не применяли для изучения более сложных в поведении молекулярных систем. Одной из перспективных исследовательских задач, связанных с поведением электронов в молекуле, было бы изучение особенностей перераспределения заряда и особенностей движения ядер ионизированной молекулы.
В группе Марка Враккинга (Marc Vrakking) из Института Нелинейной Оптики Бакса Борна (Берлин, Германия), объединявших исследователей из разных стран, попытались решить именно эту проблему. Исследователи смогли локализовать местоположение электронов в нейтральной и ионизированной молекуле с аттосекундным разрешением.
Эксперимент заключался в следующем: исследователи облучали молекулы водорода аттосекундными импульсами ультрафиолетового лазера, выбивая из нее один электрон, после чего с помощью инфракрасного лазера расщепляли молекулу водорода на отдельные атомы. Изменение времени между облучением ультрафиолетом и инфракрасным светом позволило исследователям построить картину того, как электрон отрывается от атома, и как этот процесс влияет на изменение расположение ядер атомов водорода.
Исследователи обнаружили, что спаривание электронов оказывает существенное влияние на процесс ионизации. Ранее, в рамках приближения Борна-Оппенгеймера предполагалось, что незначительная масса электронов позволяет пренебрегать их влиянием на движение атомных ядер, однако исследователи продемонстрировали, что в реальных условиях это приближение не выполняется. Также было обнаружено, что перед отрывом одного электрона и ионизацией молекулы водорода возбуждается не один, а оба электрона.
Ференц Краус (Ferenc Krausz), ведущий специалист по физике аттосекундных процессов из Института Квантовой Оптики Макса Планка отмечает, что работа его коллег представляет собой важную веху в развитии исследований, посвященных аттосекунднным процессам, добавляя, что до настоящего времени аттосекундная физика изучала простые объекты, и большая часть изысканий в этой области была посвящена скорее отработке новой методологии, новые же эксперименты расширяют границы применения аттосекундных измерений.
Источник: Nature, 2010, DOI: 10.1038/nature09084
- Источник(и): Chemport.ru
