Ученые научились наблюдать за сверхбыстрыми химическими процессами

Известно, что химические и реакции протекают так быстро, что понять механизмы их действия практически невозможно. Например, в основе такого явления, как фотосинтез, лежит ионизация – процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул. Но проблема в том, что скорость данной реакции составляет всего несколько фемтосекунд (квадриллионная часть секунды), и биологи знают только о том, как фотосинтез начинается и какие «продукты» получаются на выходе, а что происходит в промежутке, остается загадкой.

До сегодняшнего дня ученые использовали так называемую насосно-зондовую спектроскопию, которая запускает все алгоритмы с помощью лазерного импульса. Множественные повторения импульса с различными задержками во времени позволяют сделать большое количество стоп-кадров, которые затем можно воспроизвести как фильм.

На этот раз команда исследователей из Мюнхена во главе с Биргиттой Бернхардт (Birgitta Bernhardt), младшим профессором Института прикладной физики Йенского университета (Германия), впервые сумела объединить технологию насосно-зондовой спектроскопии с использованием инертного газа криптона. Это дало им возможность узнать, какая часть света поглощается образцом с течением времени, и понять, какое количество какого вида ионов при этом появилось. Таким образом, Бернхардт и ее коллеги пролили свет на сверхбыстрые процессы ионизации с точностью, которая до сих пор была невозможна.

«Объединив две техники, мы смогли пронаблюдать буквально за каждым этапом фотосинтеза и увидеть многие скрытые от наших глаз явления», − говорит Бернхардт. Помимо самой регистрации, исследователи научились контролировать лазерный импульс и оказывать внешнее воздействие на динамику реакции. По их мнению, подобный контроль является очень мощным инструментом, с помощью которого можно подробно изучать практически все химические метаморфозы.

Эта разработка также может быть использована для создания новых, более быстрых компьютерных чипов, работающих на основе ионизации кремния, что станет большим шагом вперед в развитии современных технологий.

Статья опубликована в журнале Nature Communications.