Ultrafialové impulzy osvětlují fotochemické procesy

Introduction to light | Electronic structure of atoms | Chemistry | Khan Academy (Červen 2019).

Anonim

Tunelové ionizační studie vědců z Japonska a Ruska ukazují změny v distribuci elektronů mezi zemním a vzrušeným stavem při laserové tunelové ionizaci molekul.

Změna elektronických distribucí v molekulách, jak jsou vyfotografována, může nabídnout užitečné poznatky pro fotochemii. Studium polohy a hybnosti molekulárních fragmentů po ionizaci "tunelováním" v intenzivním laserovém poli může poskytnout prostředky pro mapování těchto elektronových distribucí, ale excitované molekuly státu mohou být touto cestou nepříjemné. Nyní spolupráce vědeckých pracovníků na Nagojské univerzitě, Japonské otevřené univerzitě, University of Electrocomunications v Tokiu (UEC, Tokio) a Moskevského ústavu fyziky a technologie úspěšně uplatnila přístup k vzrušujícím stavům oxidu dusíku (NE).

Výzkumníci, včetně Toru Morishita z UEC v Tokiu, zaznamenali změnu vrcholu hybnosti fragmentů N + v závislosti na počátečním stavu: 45 ° vzhledem k polarizaci laserového paprsku při zkoumání v základním stavu a 0 ° pro vzrušených stavů. Vědci srovnali výsledky s asymptotickou teorií slabých polí, která byla vytvořena skupinou Morishita, a poznamenala "vynikající dohodu jak pro země, tak pro vzrušené státy".

Hlavní obtížnost při zkoumání distribuce elektronů excitovaných stavových molekul tímto způsobem je snížený tunelový potenciál. Výsledkem je, že multiphotonové procesy pravděpodobně přispívají k ionizaci. Vědci zkoumali mechanismus při práci změnou polarizace laserového pole. Lineárně polarizované pole pošle elektron na směr a proces elektronového nárazu způsobí vzrušený ionizovaný stav. Pro více kruhově polarizovaných polí se trajektorie elektronů odkloní od jádra tak, aby výnos fragmentů klesal, jak bylo pozorováno.

Ve své zprávě o výsledcích výzkumníci dospěli k závěru: "Tato studie poskytuje hlubší pochopení laserové tunelovací ionizace molekul, což je klíčový krok důležitých aplikací, jako je generování harmonických na vysoké úrovni a difrakce samonoru, a dláždí cestu skutečnému časová vizualizace dynamiky elektronů v chemických reakcích. "

Pozadí

Nejvyšší obsazená molekulární orbitální (HOMO)

Elektrony obíhající jádro zaujímají různé úrovně diskrétní energie. Počet elektronů, které mohou obsadit každou úroveň, je omezen, takže jakmile je naplněna nejnižší úroveň, elektrony obsadí úroveň výše. Elektrony nejvíce vzdálené od jádra jsou popsány jako nejvyšší obsazené molekulární orbitální (HOMO) a tato orbita je zvláště důležitá pro fotochemii.

Rozložení elektronového mraku obíhajícího kolem jádra má jiný tvar pro různé orbitály, energetické úrovně a obsazenost. Excilace elektronu v atomu nebo molekule mění elektronickou distribuci.

Elektronická konfigurace NO v základním stavu je 1σ 2222241 3sσ 0, kde řecké symboly označují sigma a pi elektronové orbitály, čísla před nimi energetická úroveň a horní indexy obsazenosti. Když NO je fotoexcitováno, elektron se pohybuje od 2π do 3sσ tak, aby poskytl konfiguraci 1σ 2222240 3sσ 1.

Tunelová ionizace

Tunelování je kvantový mechanický proces, který umožňuje systému překonat / proniknout energetickou bariérou. Při vystavení intenzivnímu polarizovanému laserovému poli může molekula ionizovat tunelováním a elektronická distribuce HOMO s ohledem na polarizaci laseru odráží pravděpodobnost ionizace. To bylo použito ke studiu prostorově orientovaných nebo orientovaných molekul, jako jsou N2, O2, CO2 a OCS.

V současné studii vědci využili pozici a hybnost vyloučených ionizovaných fragmentů s ohledem na polarizaci lasera k mapování elektronické distribuce náhodně sladěné molekuly NO. Energie ionizace pro NO z excitovaného stavu je 3, 8 eV, mnohem nižší než energetické špičky naměřené ve studii. Tunelovací ionizační proces způsobuje, že molekula se disociuje na N + a O.

Časový rozvrh disociace v ionizaci je mnohem kratší než rotační periody NO, takže grafy mohou být po ionizaci chápány tak, že reprezentují distribuce molekulárních os.

menu
menu