متن خبر

تاریخ خبر : ۱۳۹۷/۱۰/۲۱

تعداد بازدید : ۱۷۳

تعداد رای : ۲

دانشمندان برای اولین‌بار رفتار الکترون را در حین واکنش شیمیایی نظارت کردند

در مقاله‌ی اخیری که در مجله‌ی Science چاپ شده است دانشندان برای اولین‌بار نشان دادند که تواناییِ نظارت بر حرکات الکترون‌ها در حین واکنش شیمیایی را دارند.

 

پژوهشگران برای سال‌های متمادی فرایندهای مقیاس اتمی که سوی واکنش‌های شیمیایی را مشخص می‌کند را بررسی می‌کرده‌اند اما هرگز قادر نبوده‌اند حرکات الکترون در حین واکنش را مشاهده کنند.

 

الکترون‌ها دارای کوچکترین مقیاس ممکن هستند، قطری کمتر از یک فمتومتر دارند و در یک فمتوثانیه یک دور حول اتم می‌زنند. پژوهشگران علاقه دارند با استفاده از برهم‌کنش‌های پالس‌های لیزر با الکترون، رفتار الکترون‌ها را مشاهده کنند. آنها می‌توانند با محاسبه‌ی انرژی و اندازه‌ی حرکت الکترون‌ها زمانیکه توسط پالس‌ لیزری به آنها ضربه زده می‌شود ویژگی‌های الکترون را بررسی کنند.

 

چالش اصلی دانشمندان ثبت اطلاعاتِ پدیده‌هایی بود که در یک فمتوثانیه صورت می‌گیرد، آنها ابتدا باید یک سیستم را با پالس لیزر برانگیخته کرده سپس چند فمتوثانیه بعد را مشاهده کنند. بعد آنها پالس لیزری دوم را با چند فمتوثانیه تاخیر می‌فرستند. رسیدن به این سطح از دقت بسیار مشکل است، زیرا فمتوثانیه بسیار کوتاه است، با اینکه نور می‌تواند 300هزار کیلومتر در یک ثانیه حرکت کند اما در یک فمتوثانیه فقط 300 نانومتر را طی می‌کند.

 

بعد از برانگیخته شدن با اولین پالس لیزر الکترون والانس اتم می‌تواند خود را بازآرایی کرده و پیوند شیمیایی جدید تشکیل دهد و در نتیجه مولکول جدیدی تشکیل دهد. به علت سرعت و مقیاس این برهم‌کنش‌ها پژوهشگران تنها می‌توانند حدس بزنند که چگونه این بازآرایی انجام می‌‌شود. به علاوه‌ی آزمایش‌ها، محاسبات سریع (HPC) نقش مهمی در فهمِ این برهم‌کنش‌ها ایفا کرده است. این روشِ محاسباتی مشاهدات آزمایشگاهی را تایید کرده و مطالعه‌‌ی رفتار الکترون در حین واکنش شیمیایی را با جزئیات بیشتر ممکن کرده است. گروه دانشگاه پَدِربُرن با رهبریِ پروفسور وولف گرو با فیزیکدانان و شیمیدانان زیادی برای این محاسبات همکاری کرده‌اند.

 

سال گذشته این گروه پژوهشی با همکاری یک گروه دیگر از دانشگاه دویسبورگ یک سیستم مقیاسِ اتمی را برانگیخته کرده و انتقال فاز با القای نور (PIPT) را مشاهده کردند. انتقال فاز زمانی که ماده از یک فاز وارد فاز دیگر می‌شود مانند انتقال فاز آب به یخ در مطالعه و بررسی پدیده‌ها بسیار مهم است زیرا ویژگی‌های مواد ممکن است به فازی که در آن حضور دارد بسیار وابسته باشد. به عنوان مثال این تیم پژوهشی متوجه شد که سیم‌های نانومقیاسِ برپایه‌‌ی ایندیم زمانی‌که با لیزر برانگیخته شوند از عایق به رسانا تبدیل می‌شوند. امسال این تیم پژوهشی از دانشی که در مورد سیم‌های ایندیمی بدست آورده بود استفاده کرد تا واکنش‌های شیمیایی را در سطح بنیادی‌تری بررسی کند. آنها قصد داشتند بررسی کنند که الکترون‌های تشکیل دهنده‌ی مواد بعد از برانگیخته شدن چگونه رفتار می‌کنند. به زبان ساده‌تر، الکترون‌ها را به عنوان چسبی که پیوندهای شیمایی را به یکدیگر پیوند می‌دهند می‌توان تلقی کرد. در هر صورت، یک پالس لیزر می‌تواند یک الکترون را به بیرون پرت کند و چیزی که دانشمندان به آن فوتوحفره می‌گویند تشکیل دهند. این فوتوحفره‌ها تنها برای چند فمتوثانیه تشکیل می‌شوند اما ممکن است باعث شکستنِ پیوندهای شیمیاییِ موجود شده و پیوندهای جدیدی بوجود بیاورند. زمانی‌که نانوسیم‌های ایندیوم با پالس لیزر مورد اصابت قرار می‌گیرد، سیستم یک پیوند فلزی تشکیل می‌دهد که رسانای الکتری شدنِ آن را توضیح می‌دهد.

 

این پژوهش دارای محاسبات بسیار پیچیده‌ای است اما سیستمِ مورد بررسی یک سیستم ساده است. گام بعدی بکارگیری این روش برای مطالعه‌ی سیستم‌های پیچیده‌ای مانند فوتوکاتالیست‌ها است.

 

نتیج این تحقیق در مجله ساینس به چاپ رسیده است. برای مشاهده این نتایج، لینک مقاله را کلیک کنید.

 

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نـــام
ایمیل
نظر شما
کارکترهایی که در تصویر می بینید را وارد نمایید. (حساس به حروف کوچک و بزرگ)