میدان‌های قویِ لیزر می‌توانند پیوندهای موجود در یک مولکول را بشکند. به این ترتیب مولکول از هم پاشیده و پاره‌های اتمی بر جای می‌گذارد. درکِ این فرآیند، حتی در موردِ مولکول‌های ساده هم موضوعی چالش‌برانگیز است چون نیازمندِ انجامِ آزمایش‌هایی‌ست که در آن‌ها بتوان روندِ واپاشیِ مولکول را در مقیاسِ زمانیِ بسیار کوتاه، به خوبی دنبال کرد. هم‌اینک Maria Krikunova از موسسه‌ی فن‌آوریِ برلین و هم‌کارانش از دانش‌گاهِ هامبورگ گزارشی در Physical Review A  به چاپ رسانده‌اند. این گزارش نشان می‌دهد که اعضای این گروه، تپ‌های فمتوثانیه‌ای از پرتوی ایکسِ نرم را به کار گرفته‌اند که توسطِ لیزرِ الکترون-آزاد (FEL) تولید می‌شود و به این ترتیب توانسته‌اند روندِ واپاشیِ القایی توسطِ لیزر را در مولکولِ دواتمیِ ید (I₂) ره‌گیری کنند.

M. Krikunova et al., Phys. Rev. A (2012)

این گروه تپی پرشدت از لیزرِ فروسرخ را بر گازی متشکل از مولکول‌های I₂ تابانده و موجبِ واپاشیدنِ این مولکول شدند. پرتوی لیزر با تابیدن به هر مولکولِ I₂ ، دو تا از الکترون‌های موجود در بیرونی‌ترین اوربیتال را جدا کرده و به این ترتیب پیوندِ شیمیاییِ ید-ید را می‌شکند. تپ‌های پرتوی ایکس که فاصله‌ی زمانیِ میانِ آن‌ها به دقت با تپ‌های لیزرِ فروسرخ هم‌گام شده بود، به پژوهش‌گران کمک می‌کرد که چگونگیِ بازآراییِ الکترون‌های باقی‌مانده را، به هنگامِ آغازِ واپاشیِ مولکول ارزیابی کنند. آنان دریافتند که الکترون‌هایی که در ابتدا به صورتِ غیرِ جای‌گزیده در سرتاسرِ مولکول حضور داشتند، پس از شکستنِ پیوندِ شیمیایی، در هسته‌ی اتم‌های به جا مانده جای‌گزیده می‌شوند و سرانجام، نیروی رانشیِ میانِ دو هسته‌ی باردار به واپاشیِ کولنی منجر می‌شود. Krikunova  و هم‌کارانش توانستند در میانِ این رخ‌دادهای پی‌درپی، رژیم واپاشی‌ای را مشخص کنند که مشاهده‌ی آن تا به امروز کار دشواری بوده است. در این رژیم به هنگام تاباندنِ نخستین تپِ لیزر، پاره‌های ایجاد شده از واپاشیِ مولکول از یک‌دیگر دور می‌شوند. این موضوع سبب می‌شود که کارِ جداسازیِ الکترون‌های بعدی آسان‌تر شده و بازدهیِ فرآیندِ یونیزه کردنِ مولکول افزایش یابد.

آزمایشِ انجام شده توسط Krikunova و هم‌کارانش که قدرتِ تفکیکِ زمانیِ بالایی دارد، در زمره‌ی نخستین آزمایش‌هایی‌ست که به کمکِ نسلِ نوینی از لیزرهای الکترون-آزاد با طولِ موج‌ِ کوتاه و تپ‌های کوتاه‌مدت انجام می‌شوند. هم‌چنان که این گروهِ پژوهشی روش‌های مبتنی بر لیزرِ الکترون-آزاد را برای ثبتِ عکس‌های فرآیندهای پرسرعت بهبود می‌بخشند، پژوهش‌گران به هدفِ پایانیِ خود، که ضبطِ فیلم از فرآیندهای مولکولی‌ست نزدیک‌تر می‌شوند.

منبع

http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevA.86.043430

مطالب وابسته

Crystals of Time

Viewpoint | Oct 15, 2012

Nobel Prize—Tools for Quantum Tinkering

Focus | Oct 12, 2012