Ученые рассказали о роли квантовых вибраций в переносе электронов

Используя методику сверхбыстрой лазерной спектроскопии, авторы исследования выяснили, что квантовые колебания обеспечивают каналы трансфера

90

Американские химики из Принстонского университета собрали новые доказательства того, что квантовые вибрации играют важную роль в процессе трансфера (переноса) электронов. Статья об этой работе, опубликованная в издании Nature Chemistry, может оказаться важной вехой в изучении процессов конверсии солнечной энергии.

Используя методику сверхбыстрой лазерной спектроскопии, авторы исследования выяснили, что квантовые колебания обеспечивают каналы для переноса частиц. Главная задача, которая стояла перед учеными во время эксперимента, — выделить из огромного количества колебательных когерентностей (взаимных согласованностей колебательных процессов), генерируемых излучением лазера, те, что непосредственно относятся к трансферу электронов. Короткие лазерные импульсы в методике сверхбыстрой спектроскопии помогли синхронно заблокировать все светопоглощающие объекты, благодаря чему исследователи смогли без помех изучать процесс переноса.

Химики выяснили, что реакция трансфера длится порядка 30 фемтосекунд, что резко расходится с общепринятой на сегодня теорией Маркуса (описание процесса переноса электрона в полярном растворителе в рамках квазиклассических приближений). «Мы обнаружили уникальный каскад квантово-механических событий, происходящих при реакции переноса электрона в очень ограниченных временных рамках», — сказал ведущий автор статьи Шахнаваз Рафик.

События, о которых говорит Рафик, проявляются в виде потери фазовой когерентности вдоль высокочастотных колебаний с последующим импульсным появлением фазовой когерентности вдоль вибраций высокой частоты. Также авторы работы обнаружили, что у продукта реакции переноса электрона присутствует дополнительный волновой пакет (определенная совокупность волновых характеристик в ограниченных пространстве и времени), которого нет у реагентов. Из этого ученые делают вывод, что порядок структурных изменений молекул, участвующих в реакции, определяется частотами колебательных мод.

«Принято считать, что волновой пакет может быть сгенерирован только с помощью фотонного импульса, — объясняет соавтор исследования Бо Фу. — Но здесь мы наблюдали волновой пакет, который, похоже, не генерируется таким импульсом. <…> Моделирование квантовой динамики помогло нам установить, что этот волновой пакет, на самом деле, создала реакция переноса электрона».

Химики сравнили генерацию волновых пакетов в ходе трансфера электрона с растяжением вибрирующей пружины до более стабильного положения, в котором пружина вибрирует со значительно большей амплитудой относительно своего нового среднего положения. Такой ответ синхронизированных колебаний молекулярной структуры обеспечивает механизм ингибирования когерентного повторения трансфера частицы. 

Ранее мы писали о том, что эксперименты на Большом адронном коллайдере выявили отклонение от Стандартной модели и о способе сделать квантовые состояния длительнее в десять тысяч раз.

Вам также могут понравиться Еще от автора

Оставьте ответ

Ваш электронный адрес не будет опубликован.