Международная группа ученых, возглавляемая учеными из Канзасского университета, используя возможность сверхскоростного рентгеновского лазера, провела эксперименты, результатом которых стала серия снимков некоторых фундаментальных явлений и процессов, протекающих на молекулярном уровне. Сделанные учеными открытия проливают новый свет на микроскопическое движение электронов в молекулах, которое является фундаментом практически всех химических, физических и биологических процессов.

Основной целью, которую преследовали ученые, являлось измерение максимального расстояния, на котором между атомами молекул может происходить обмен электронами. Ведь передача электрического заряда при помощи переноса электронов является основным принципом работы процессов фотосинтеза, получения энергии в солнечных батареях и многих других процессов, имеющих отношение к физике, химии и биологии.

Для того, чтобы получить ответы на интересующие их вопросы, ученые "стреляли" светом сверхскоростного оптического лазера в молекулу йодметана, состоящую из атома йода и метиловой группы, для того, чтобы разорвать химическую связь между двумя частями молекулы.

После этого в распадающуюся молекулу производился "выстрел" интенсивного сверхкороткого импульса рентгеновского излучения. Этот импульс высвобождал электроны, находящиеся на внутренних электронных слоях атома йода, перемещение которых в сторону метиловой группы и являлось предметом интереса ученых. Эксперимент проводился при помощи источника Linac Coherent Light Source, самого сильного в мире рентгеновского лазера, способного вырабатывать импульсы длительностью в фемтосекунды и располагающегося в лаборатории SLAC National Accelerator Laboratory.

Полученные моментальные снимки происходящих процессов показали, что свободные электроны могут перепрыгнуть на достаточно большие расстояния, которые в десятки раз превышают размеры оригинальной молекулы.

"С точки зрения реализации наш эксперимент был достаточно прост" - рассказывает Артем Руденко, физик из Канзасского университета, - "Мы разбили молекулу при помощи оптического лазера и импульсом рентгеновского излучения выбили электроны из атома йода. Регулируя время между импульсами оптического и рентгеновского лазеров, мы управляли расстоянием, на которое успевали разлететься атом йода и метиловая группа. И после этого мы смотрели на количество электронов, которые переместились от метиловой группы к атому йода для того, чтобы заполнить получившиеся пустые места". 

Следует отметить, что проведение подобных экспериментов стало возможным только недавно благодаря созданию уникальной комбинации сверхкоротких импульсов оптического и рентгеновского излучения, которая является мощным инструментом для исследований процессов, происходящих на уровне молекул и субатомных частиц. "В ближайшем времени мы планируем повторить подобные эксперименты, получив еще большую разрешающую способность снимков. И в этом нам поможет использование новых сверхскоростных лазеров и подсветка места проведения эксперимента от источника мягкого рентгеновского излучения" - поделился планами ученых на будущее Руденко.