تپ‌های درخشان و بسیار کوتاه اشعه­‌ی ایکس به محققان این اجازه را داده تا از یک واکنش شیمیایی با وضوح فمتو ثانیه فیلم برداری کنند؛ چیزی‌که به رونمایی از دینامیک غیر منتظره‌ای می‌انجامد.

توانایی تولید تپ‌های بسیار روشن و فوق العاده کوتاهِ اشعه ی ایکس در سال های اخیر به محققان اجازه داده تا دینامیک گذرای واکنش‌های شیمیایی، که در بازه‌های زمانی فمتوثانیه ( ثانیه) رخ می‌دهند را مطالعه کنند. اکنون، سباستین وستنهوف (Sebastian Westenhoff ) و همکارانش از دانشگاه گوتنبرگ سوئد موفق شده‌اند تا دقت زمانی فمتوثانیه را با دقت مکانی زیر آنگستروم در یک آزمایش ترکیب کنند[1]. محققان در انجام این پژوهش به نگرش جدیدی دست یافته‌اند که بر اساس آن می‌توان چگونگی واکنش تجزیه نورکافت (photodissociation) مولکولی معینی را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.

این تیم از دو لیزر متفاوت اشعه‌ی ایکس الکترون- آزاد (منبع نور همدوس Linac در ایالات متحده و لیزر الکترون آزادِ فشرده SPring-8 آنگستروم در ژاپن) برای تصویربرداری از مولکولی از دیودمتان (diiodemethane ) که از هم گسسته شده و دوباره در حلال سیکلوهگزان ترکیب شده، استفاده کردند. نتایج فیلم‌برداری نشان داد که چگونه در طول یک نانو ثانیه، مولکول توسط یک تپ نور فرابنفش تحریک شده و به دو رادیکال تقسیم می‌شود. با ترکیب این اطلاعات ضبط شده­ با شبیه‌سازی­ها، محققان توانستند موقعیت دو رادیکال را با دقت جدیدی ردیابی کنند که در طی آن دو رادیکال، قبل از واکنش برای تشکیل یک فوتوایزومر (که از لحاظ ساختاری متفاوت است) با حلال برخورد کرده‌اند.

پژوهش‌گران با تحلیل‌شان مشخص کرده‌اند که چگونه انرژی جنبشی انتقالی و چرخشی رادیکال‌ها در درون حلال پراکنده می‌شوند - فرایندی که با طیف‌سنجی‌های نوری پیشین قابل تشخیص نبود. آن‌ها دریافتند که حرکت انتقالی این دو رادیکال به سرعت کاهش می یابد. این امر منجر به محدود شدن رادیکال‌ها در "قفس" حلال یکسان می‌شود، جایی که برای مدت طولانی غیر منتظره‌ای در آن باقی می‌مانند.

دینامیک دقیق حرکت رادیکال‌ها در دوره‌ی پس از نورکافت، بر واکنش های نوترکیب پایین دست آن‌ها تأثیر می گذارد. بنابراین فیلم‌هایی که این پویایی‌ها را به تصویر می‌کشند، یک روش ارزشمند جدید برای مطالعه‌ی چنین واکنش‌هایی را فراهم می‌کنند و در نهایت می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا فرآیندهای شیمیایی را در مقیاس‌های زمانی و مکانی دقیق ایجاد کنند.

درباره‌ی نویسنده:

سوفیا چن نویسنده علوم آزاد مستقر در کلمبوسِ اوهایو است.

مرجع:

M. Panman et al., “Observing the structural evolution in the photodissociation of diiodomethane with femtosecond solution x-ray scattering,” Phys. Rev. Lett. 125, 226001 (2020).

منبع:

X-Ray Lasers Film Chemical Reaction in Super-Slow Motion