Bagaimana ikatan kimia terbentuk: fisikawan di Tu Graz mengamati aliran energi secara real time

Metode baru menggabungkan tetesan helium dengan pulsa laser ultrashort untuk memulai proses kimia dengan cara yang terkontrol. Ini memberikan wawasan tentang transfer energi dan muatan selama pembentukan ikatan kimia.

Untuk pertama kalinya, tim peneliti yang dipimpin oleh Markus Koch dari Institute of Experimental Physics di Graz University of Technology (Tu Graz) telah melacak secara real time bagaimana atom individu bergabung untuk membentuk cluster dan proses mana yang terlibat. Untuk mencapai hal ini, para peneliti pertama -tama mengisolasi atom magnesium menggunakan helium superfluida dan kemudian menggunakan pulsa laser untuk memicu proses pembentukan. Para peneliti dapat mengamati pembentukan cluster ini dan transfer energi yang terlibat antara atom individu dengan resolusi temporal dalam kisaran femtosecond (1 femtosecond = 1 quadrilion satu detik). Mereka baru -baru ini menerbitkan temuan mereka di jurnal Communications Chemistry.

“Nano-Refrigerator” membawa atom ke posisi awal

“Biasanya, atom magnesium secara instan membentuk ikatan ketat, yang berarti bahwa tidak ada konfigurasi awal yang ditentukan untuk pengamatan proses pembentukan ikatan,” jelas Markus Koch. Para peneliti telah memecahkan masalah ini, yang sering muncul ketika mengamati proses kimia secara real time, dengan melakukan percobaan dengan tetesan helium superfluida. Tetesan ini bertindak seperti “fridges nano” yang sangat dingin yang mengisolasi atom magnesium individu dari satu sama lain pada suhu yang sangat rendah 0,4 kelvin (= -272,75 derajat Celcius atau 0,4 derajat Celcius di atas nol absolut) pada jarak satu juta milimeter. “Konfigurasi ini memungkinkan kami untuk memulai pembentukan cluster dengan pulsa laser dan melacaknya secara tepat secara real time,” jelas Michael Stadlhofer, yang melakukan eksperimen sebagai bagian dari tesis doktoralnya.

Spektroskopi femtosecond membuat proses kimia terlihat

Para peneliti mengamati proses yang dipicu oleh pulsa laser menggunakan photoelectron dan spektroskopi foto. Sementara atom magnesium digabungkan untuk membentuk cluster, mereka diintiisasi dengan pulsa laser kedua. Markus Koch dan rekan -rekannya mampu merekonstruksi proses yang terlibat secara rinci berdasarkan ion yang dibentuk dan elektron dilepaskan.

Atom mengumpulkan energi mereka

Penemuan utama di sini adalah pengumpulan energi. Ketika mereka berikatan satu sama lain, beberapa atom magnesium mentransfer energi eksitasi yang diterima dari pulsa laser pertama ke satu atom tunggal dalam cluster, sehingga mencapai keadaan energi yang jauh lebih tinggi. Ini adalah pertama kalinya pengumpulan energi ditunjukkan dengan resolusi waktu.

Penelitian Dasar dengan Potensi Aplikasi

“Kami berharap bahwa pemisahan atom di dalam tetesan helium ini juga akan bekerja untuk kelas elemen yang lebih besar dan dengan demikian menjadi metode yang berlaku secara umum dalam penelitian dasar,” kata Markus Koch. “Selain itu, temuan pada pengumpulan energi dapat relevan untuk proses transfer energi di berbagai bidang aplikasi, misalnya dalam fotomedis atau dalam pemanfaatan energi matahari.”
<