Ultrasnelle pulsen werpen licht op fotochemische processen

Imaging at a trillion frames per second | Ramesh Raskar (Juni- 2019).

Anonim

Tunneling ionisatiestudies door onderzoekers in Japan en Rusland tonen veranderingen in elektronendistributies tussen grond- en geëxciteerde toestand bij ionisatie van moleculen met tunneling door laserstralen.

De verandering in elektronische distributies in moleculen terwijl ze foto-geëxciteerd zijn, kan nuttige inzichten bieden voor fotochemie. Het bestuderen van de positie en het momentum van moleculaire fragmenten na ionisatie door "tunneling" in een intens laserveld kan een middel zijn om deze elektronendistributies in kaart te brengen, maar moleculen met aangeslagen toestand kunnen lastig zijn om op deze manier te onderzoeken. Nu heeft een samenwerking van onderzoekers van de Universiteit van Nagoya, de Open Universiteit van Japan, de Universiteit van Electrocommunicatie, Tokyo (UEC, Tokio) en het Moskouse Instituut voor Fysica en Technologie met succes de aanpak van aangeslagen toestanden van stikstofoxide (NEE).

De onderzoekers, waaronder Toru Morishita van UEC, Tokio, observeerden een verandering in de piek van het momentum van N + -fragmenten, afhankelijk van de begintoestand: 45 ° met betrekking tot de polarisatie van de laserstraal bij ondervraging in de grondtoestand en 0 ° voor de opgewonden toestanden. De onderzoekers vergeleken de resultaten met de asymptotische theorie van het zwakke veld, die werd opgericht door de Morishita Group, en merkten op: "uitstekende overeenstemming voor zowel de grond als de opgewonden staten".

De belangrijkste moeilijkheid om op deze manier de elektronenverdeling van moleculen met aangeslagen toestand te onderzoeken, is het verminderde tunnelingpotentieel. Dientengevolge zullen multiphotonprocessen waarschijnlijk bijdragen aan ionisatie. De onderzoekers ondervroegen het mechanisme op het werk door de polarisatie van het laserveld te veranderen. Een lineair gepolariseerd veld zendt het elektron naar en een elektronenimpactproces veroorzaakt de aangeslagen geïoniseerde toestand. Voor meer circulair gepolariseerde velden verschuift het elektronentraject weg van de kern zodat de fragmentopbrengst afneemt, zoals waargenomen.

In hun rapport van de resultaten concluderen de onderzoekers: "De huidige studie biedt een dieper inzicht in de ionisatie van moleculen door laserstralen, een belangrijke stap in belangrijke toepassingen zoals het genereren van hoge orde harmonischen en zelf-elektronen diffractie, en effent de weg voor echte -tijdvisualisatie van elektronendynamica in chemische reacties. "

Achtergrond

Hoogste bezette moleculaire orbitaal (HOMO)

De elektronen die rond een kern cirkelen nemen verschillende discrete energieniveaus in beslag. Het aantal elektronen dat elk niveau kan bezetten, is beperkt, zodat zodra het laagste niveau is opgevuld, elektronen het niveau erboven zullen innemen. De elektronen die het verst verwijderd zijn van de kern worden beschreven als de hoogste bezette moleculaire orbitaal (HOMO) en deze orbitaal is vooral belangrijk voor de fotochemie.

De verdeling van de elektronenwolk rond een kern heeft een andere vorm voor verschillende orbitalen, energieniveaus en bezettingen. Excitatie van een elektron in een atoom of een molecuul verandert de elektronische distributie.

De elektronische configuratie van NO in de grondtoestand is 1σ 2222241 3sσ 0, waarbij de Griekse symbolen sigma- en pi-elektronorbitalen aanduiden, de getallen die daaraan vooraf gaan het energieniveau en de superscripts de bezettingsgraad. Wanneer NO foto-geëxciteerd is, beweegt een elektron van 2π naar 3sσ om de configuratie 1σ 2222240 3sσ 1 te krijgen.

Tunneling ionisatie

Tunneling is een kwantummechanisch proces dat een systeem in staat stelt een energiebarrière te overwinnen / te doorbreken. Bij blootstelling aan een intens gepolariseerd laserveld kan een molecuul ioniseren door tunneling en de elektronische distributie van HOMO met betrekking tot de polarisatie van de laser geeft de waarschijnlijkheid van ionisatie weer. Dit is gebruikt om ruimtelijk georiënteerde of georiënteerde moleculen zoals N2, O2, CO2 en OCS te bestuderen.

In de huidige studie gebruikten de onderzoekers de positie en het momentum van uitgedreven geïoniseerde fragmenten met betrekking tot de laserpolarisatie om de elektronische verdeling voor het willekeurig uitgelijnde NO-molecuul in kaart te brengen. De ionisatie-energie voor NO uit de aangeslagen toestand is 3, 8 eV, veel lager dan de energiepieken gemeten in het onderzoek. Tunneling-ionisatieprocessen zorgen ervoor dat het molecuul dissocieert in N + en O.

De tijdschaal van de dissociatie in ionisatie is veel korter dan de rotatieperioden van NO, zodat de plots kunnen worden begrepen als de moleculaire-asverdelingen na ionisatie.

menu
menu