Разработан новый способ "настройки" химических реакций

Канадские химики придумали новый способ использования света в ходе химических реакций, при котором излучение не поглощается молекулами, а играет роль катализатора, т.е. свет лишь изменяет направление реакций.

Идея использовать свет для стимулирования химических реакций не нова. Свет поглощается молекулами, которые затем подвергаются распаду или иным превращениям. Новый метод разработан Альбертом Столоу (Albert Stolow) и его коллегами из института молекулярных наук в Оттаве и университета в Кингстоне. Ученым удалось использовать электрическое поле, возникающее при сверхбыстром лазерном импульсе, сообщает PhysicsWeb. Поле изменяло уровни энергии молекул и тем самым определяло направление химических реакций.

Обычный катализатор является химическим веществом, которое действует аналогичным образом. Разработка и производство новых катализаторов - процесс очень дорогой и трудоемкий. Метод канадских исследователей позволяет отказаться от использования химических катализаторов. Вместо этого с помощью источника света осуществляется тонкая настройка уровней энергии в масштабе времени, близком к характерному времени протекания химической реакции.

В предложенном методе используется динамический эффект Штарка. Напомним, что обычный (статический) эффект Штарка заключается в том, что под действием постоянного внешнего электрического поля электроны, окружающие ядро излучающего атома, изменяют свое положение относительно ядра. В результате изменяются энергетические уровни электронов в атоме, и, следовательно, происходит изменение спектра излучения. Динамический эффект Штарка возникает в переменном электрическом поле и приводит к изменению динамической поляризуемости атома.

Канадские ученые научились использовать динамический эффект Штарка для воздействия электрического поля лазерного импульса непосредственно на реагирующие молекулы. Д-р Столоу и его коллеги направили лазерный импульс мощного ИК-лазера на молекулу IBr, которая затем диссоциировала на атомы иода и брома. Длительность лазерного импульса составляла 150 фемтосекунд. Образующиеся атомы брома были при этом в двух разных энергетических состояниях, и по их соотношению удалось выяснить, каким образом электрическое поле повлияло на процесс диссоциации. Важно отметить, что энергия излучения была недостаточна для того, чтобы вызвать ионизацию молекулы с последующим распадом на атомы или ионизацию отдельных составляющих.

Таким образом, ученые впервые смогли регулировать выход фотохимических реакций с помощью динамического эффекта Штарка. Импульс нерезонансного инфракрасного излучения обратимо модифицирует потенциальный барьер в ходе химической реакции без возбуждения электронного перехода. Этот процесс нечувствителен к частоте лазерного излучения и воздействует на все поляризуемые молекулы, что предполагает широкие возможности применения для самых разных молекул и типов реакций.

Ученые также считают возможным создание на основе этого эффекта молекулярного переключателя для квантовых информационных систем, систем для улучшения визуализации отдельных клеток и даже способов осуществления хирургических манипуляций с отдельными клетками на молекулярном уровне.