Ученые впервые наблюдали за поведением электронов во время химических реакций — Naked Science
28.12.2018
5 минут
Редакция
338

Ученые впервые наблюдали за поведением электронов во время химических реакций

Физики уже давно изучают процессы атомных масштабов, управляющих химическими реакциями, но никогда прежде им не удавалось наблюдать движения электрона в реальном времени.

41-researchersm1

В недавно опубликованной статье журнала Nature исследователи из Университета Падерборн и Института имени Фрица Габера в Берлине продемонстрировали способность наблюдать движение электронов во время химической реакции.

 

Электроны существуют на самых малых масштабах, имея меньше одной квадриллионной метра в диаметре и вращаясь вокруг атома на фемтосекундных скоростях. Экспериментаторы, заинтересованные в наблюдении поведения электронов, используют лазерные импульсы для взаимодействия с ними. Они могут вычислить энергию и импульс электронов, проанализировав свойства, выбитые из них лазерным светом.

 

Сложность для исследователей представляет регистрация событий, происходящих на фемтосекундных масштабах: для начала они должны возмутить систему лазерным импульсом, а затем наблюдать в течение нескольких фемтосекунд. Достичь такого уровня разрешения сложно, так как фемтосекунды невероятно коротки: свет может преодолеть почти 300 тысяч километров за секунду, но за фемтосекунду он успеет пролететь всего 300 нанометров.

 

После возмущения лазерным импульсом валентные электроны атома — электроны, находящиеся вне атома и способные помочь в формировании химических связей — могут перестроиться, сформировав новые химические связи, что в дальнейшем помогает в формировании новых молекул. Однако из-за скорости и масштабов этих взаимодействий исследователи ранее могли только строить гипотезы о том, как происходят эти перестройки.

 

Чтобы лучше изучить поведение электронов, доктор Вольф Геро Шмидт из Университета Падерборн и его коллеги воспользовались суперкомпьютером в Центре высокопроизводительных вычислений в Штутгарте и смоделировали этот феномен.

 

«Экспериментальная группа в Институте имени Фрица Габера обратилась к нам по поводу этого исследования, и мы создали симуляцию, — рассказывает Шмидт. — В этом случае теория предшествовала эксперименту, так как мы уже сделали предсказание — и эксперимент его подтвердил».

 

Нынешние симуляции команды состоят примерно из тысячи атомов, которые, несмотря на малые размеры, позволяют исследователям получить возможность наблюдать взаимодействия атомов и состоящих в них электронов. Оптимизировать код группе из Падерборна помогла команда из Центра высокопроизводительных вычислений, что позволило им работать параллельно на 10 тысячах ядрах. Шмидт объяснил, что, несмотря на то, что в целом исследование даст плодотворные результаты после работы с системами размером от 10 тысяч атомов, команда планирует поработать и с более сложными системами.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 14:48
26 минут
Александр Березин

Земная атмосфера 2,7 миллиарда лет назад состояла в основном из углекислого газа — и было его там до тысячи раз больше, чем сегодня. При этом азота почти не было, хотя сегодня его в воздухе 78%. Выходит, наша газовая оболочка по составу была близка к марсианской. Как ни странно, эти дела давно минувших дней актуальны для ответа на вопрос о будущем выживании человечества. Похоже, предсказание Стивена Хокинга о гибели всего живого из-за превращения Земли в Венеру не сбудется. Разбираемся, почему так и как одно связано с другим.

Вчера, 13:56
4 минуты
Илья Ведмеденко

Американские военные пришли к выводу, что новейший эсминец можно эксплуатировать в условиях больших волн. Безопасность корабля в значительной степени объясняется его конструкцией, обеспечивающей малозаметность.

6 часов назад
24 минуты
Александр Березин

Недавняя научная работа предрекла серьезную эпидемию коронавируса 2019-nCoV. Согласно ей, 95% зараженных еще не зарегистрированы властями, а значит, через пару недель в одной Ухани будут сотни тысяч заболевших. При наблюдаемой смертности от вируса в 2,36% — это многие тысячи погибших. На самом деле, новая работа скорее «ловит хайп» или, если угодно, пытается держать мир настороже, чем описывает реальную эпидемию. Последние данные по заразности коронавируса показывают: он действительно неблестяще передается от человека к человеку. Для эпидемии в Китае этого достаточно, но большое число жертв за пределами этой страны маловероятно. Выясняем почему.

25 января
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности игры 2012 года.

24 января
35 минут
Александр Березин

Новый коронавирус — «родственник» старой атипичной пневмонии — уже привел к смерти 26 человек. Считается, что им может быть заражено несколько тысяч. И точно известно, что эпидемия вышла за пределы Китая. Но это не повод впадать в панику. Мы собрали всю известную информацию и попробовали ответить на главные вопросы о новой болезни.

Позавчера, 14:48
26 минут
Александр Березин

Земная атмосфера 2,7 миллиарда лет назад состояла в основном из углекислого газа — и было его там до тысячи раз больше, чем сегодня. При этом азота почти не было, хотя сегодня его в воздухе 78%. Выходит, наша газовая оболочка по составу была близка к марсианской. Как ни странно, эти дела давно минувших дней актуальны для ответа на вопрос о будущем выживании человечества. Похоже, предсказание Стивена Хокинга о гибели всего живого из-за превращения Земли в Венеру не сбудется. Разбираемся, почему так и как одно связано с другим.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

25 января
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности игры 2012 года.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: