Международная группа ученых сделала важный шаг в понимании фундаментальных фотохимических процессов, научившись отслеживать перемещение энергии внутри молекулы сразу после поглощения ею света.
Исследование показало, что во время таких трансформаций отдельные атомы в одной и той же молекулярной структуре могут фиксировать совершенно разные этапы преобразования энергии.
Читайте также:
Как в клетке. В США создали жидкость, которая сама накапливает энергию Для проведения эксперимента авторы работы использовали ультракороткие рентгеновские вспышки, генерируемые на Европейском рентгеновском лазере на свободных электронах (European XFEL). Объектом исследования стала молекула 3-фторпиридина — небольшая кольцеобразная структура, содержащая атомы азота и фтора. При поглощении энергии ультрафиолетового лазерного импульса электроны этой молекулы мгновенно переходят в более высокое энергетическое состояние. После этого молекула быстро изгибается, теряя свою привычную плоскую форму.
Изменяя конфигурацию, молекула проходит через так называемое коническое пересечение — кратковременную,
но критически важную точку, где движение электронов и атомных ядер становится тесно взаимосвязанным. Это позволяет быстро перенаправить энергию от электронного возбуждения к структурным колебаниям. После прохождения этого участка молекула возвращается в основное состояние, а избыточная энергия распространяется по всей её структуре в виде вибраций.
Благодаря методу времяразрешающей рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (tr-XPS) на установке Small Quantum Systems (SQS) ученые смогли измерить отклик отдельных атомов с интервалом в пару пикосекунд (триллионных долей секунды). Выяснилось, что атом фтора служит наглядным индикатором затухания общих колебаний молекулы, тогда как атом азота отражает более сложную картину — как перераспределение электронов, так и изменение самой геометрии.
По словам соавтора исследования Антонио Пикона из Института материаловедения Мадридского Высшего совета по научным исследованиям (ICMM-CSIC), каждый атомный узел предоставляет уникальную информацию: одни атомы указывают направление движения заряда, а другие — колебания всей молекулы.
Этот метод открывает возможность анализировать сверхбыстрые химические реакции на атомном уровне в режиме реального времени. В перспективе эти знания помогут лучше понять, как ДНК противостоит разрушительному воздействию света, а также оптимизировать материалы, предназначенные для улавливания и передачи световой энергии.
Читайте также:
