Фемтохимия

Фемтохимия - это раздел химии, который описывает процессы в фемтосекундной шкале времени (1 фс = 10 ⁻¹⁵  с).

Динамически измеряемые процессы, происходящие в этом временном диапазоне, представляют собой основные движения (колебания). Типичная скорость, с которой движутся ядра, составляет около 1 км / с. Это означает, что в фемтосекундном диапазоне они перемещаются на несколько Ангстремов (1 Å = 10 ⁻¹⁰  м); молекулярное колебание длится ок. 10 до нескольких 100 фс. Поскольку колебания в молекулах - в частности, образование и разрыв связей - представляют собой основу химических реакций, эта область исследований рассматривается как отдельная область химии и для краткости называется «фемтосекундная химия» или фемтохимия.

сказка

С изобретением в середине / конце 1980-х лазерных импульсов с фазовой синхронизацией фемтосекундный диапазон стал экспериментально доступным. Специальные методы спектроскопии , такие как метод накачки-зондирования , позволяют напрямую измерять моментальные снимки движений керна. В своей работе над NaI и ICN (среди других молекул) Ахмед Зеваил смог создать такие снимки и, среди прочего, измерить время разрыва молекулярных связей. В 1999 году за свою работу он был удостоен Нобелевской премии по химии.

задний план

Типичный фемтосекундный эксперимент состоит из серии импульсов из 2-х импульсов: импульса накачки (импульса возбуждения), который переводит молекулу в возбужденное (динамическое) состояние, и тестового импульса с задержкой по времени (импульс запроса), который предоставляет динамическую информацию о системе в разное время. запросы. Обычно опросный импульс представляет собой ионизирующий импульс, и запрашиваемая информация измеряется в виде фотоэлектронов или фрагментов. Временной интервал между двумя импульсами варьируется, так как импульс должен пройти обходной путь по пути с зеркалами. Этот обход очень мал: разница во времени 100 фс означает обход 0,03 мм. Запрошенная информация представляет собой, так сказать, отпечаток системы на момент запроса (аналогия: секундомер ).

Теоретически такие фемтосекундные эксперименты обычно обрабатываются в расчетах с использованием теории возмущений, зависящих от времени . Взаимодействие системы в основном состоянии с первым импульсом описывается в теории возмущений первого порядка, а взаимодействие с зондирующим импульсом - во втором.

После того, как стало возможным измерить эти процессы, были проведены теоретические и экспериментальные исследования того, как можно манипулировать такими процессами, например, для увеличения выхода химических реакций. Эта область известна как квантовый контроль .

В настоящее время (2008 г.) можно генерировать лазерные импульсы с длительностью импульса менее 5 фс и пиковой интенсивностью значительно выше 10 ¹⁸  Вт / м ² . Таким образом , для генерируемого полей является фазой поля под функцией огибающей , больше не является пренебрежимо малым. С такими и даже более короткими импульсами теперь можно наблюдать динамику электронов и влиять на нее. Ультракороткие, сильные и фазостабилизированные лазерные импульсы используются, в частности, в аттосекундной физике и при генерации высоких гармоник . ${\ displaystyle E (t)}$${\ displaystyle \ phi}$${\ displaystyle f (t)}$${\ Displaystyle Е (т) = е (т) \ CDOT \ соз (\ омега т + \ фи)}$

Смотри тоже

• Фемтосекундный лазер

литература

• Ахмед Х. Зеваил : фемтохимия. Прошлое, настоящее и будущее. В кн . : Чистая и прикладная химия. . 72, 2000, стр 2219-2231, DOI : 10,1351 / pac200072122219 .

Индивидуальные доказательства

1. ↑ «Фемтосекундная химия», том I и II, VCH Weinheim (1995).
2. ↑ М. Шапиро, П. Брумер, «Принципы квантового управления молекулярными процессами», Wiley, Нью-Йорк (2003); С. А. Райс, М. Чжао, "Оптический контроль молекулярной динамики", Wiley, Нью-Йорк (2000).