Лазерное излучение повысит эффективность химических реакций

Химики и специалисты по лазерам давно пытались повысить продуктивность химических реакций, освещая молекулы лучом лазера, однако вплоть до сегодняшнего дня эксперименты в этой области проводились методом проб и ошибок. Группе ученых из Франции и Германии удалось теоретически определить оптимальную форму импульса лазерного излучения, позволяющего повысить продуктивность химических реакций. Последующие эксперименты показали, что таким образом удается повысить выход конечного продукта на 60%. Авторы открытия - Летиция Гонсалес (Leticia Gonzalez) и ее коллеги из Открытого университета в Берлине, а также института Луи Пастера в Страсбурге. В расчетах использовались уравнения квантовой механики, а также моделирование динамики волновых пакетов. По словам г-жи Гонсалес, данная работа стала первой одновременно теоретической и экспериментальной работой, позволившей установить точный механизм определения оптимального для контроля над ходом химических реакций лазерного импульса.

В ходе экспериментов группа ученых облучала металлорганические молекулы CpMn(CO)3 титан-сапфировым лазером. Возбужденные лазерным излучением молекулы реагируют, давая на выходе один из двух возможных продуктов. Исследовав кинетику реакций и проведя вычисления, ученые определили последовательность импульсов, которая, в соответствии с их расчетами, должна была обеспечить получение на выходе только одного (из двух возможных) продуктов. Эта последовательность представляла собой два доминантных субимпульса, вслед за которыми шел третий, малой мощности. Получить ее удалось с помощью жидкокристаллического фазового модулятора. Длина каждого из трех импульсов составляла 40 фемтосекунд, следовали они через 85 фемтосекунд. Первый импульс был слегка смещен в ультрафиолетовую область спектра.

Несмотря на то, что сложная динамика процесса делала получение требуемого продукта со 100% вероятностью невозможным, обнаружилось, что повышение его выхода по сравнению с нормальными условиями составило 60%.

В своей работе исследователи пришли к выводу, что для различных молекулярных систем оптимальный механизм управления реакциями с помощью лазерного излучения должен включать в себя три компонента. Во-первых, конечный продукт должен производиться с помощью двух основных импульсов. Число фотонов в них должно быть небольшим во избежание сдвига Штарка, который может оказать негативное воздействие на каналы протекания реакций. И, наконец, нежелательные каналы протекания реакций могут быть подавлены с помощью субимпульсов со смещенной длиной волны, присутствующих в основной последовательности импульсов.

Источник: по материалам Optics.