ФЕМТОСЕКУНДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ХИМИИ
НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ХИМИИ НА БАЗЕ ФЕМТОСЕКУНДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ / Саркисов О.М. Институт химической физики им. Н.Н.Семенова РАН, г. Москва, Косыгина, 4
В последнее время произошел революционный прорыв в экспериментальных методах и технологи-ях, основанных на использовании импульсов света фемтосекундной длительности. На базе экспери-ментальных результатов, полученных с использованием фемтосекундной спектроскопии и микроскопии, возникли новые области исследований. В докладе будет дан анализ этих областей и обсуж-дены пути их развития. Экспериментальные результаты будут касаться молекулярных (изомериза-ция молекулы), наноразмерных (окислы титана, углеродные нанотрубки) и биологических (фотосин-тез, флуоресцентные белки) систем.
Новая область исследований – фемтохимия дала возможность исследовать химическую динамику в переходном состоянии в реальном времени. Специфика изучения реакций на фемто- субпикосекундной временной шкале связана с тем, что после поглощения фемтосекундного импульса света в молекуле реагента создается когерентный волновой пакет, в котором движения ядер синхронизированы, а энергия возбуждения локализована в определенном месте молекулы. Однако, синхронизация движения ядер очень быстро теряется, а энергия возбуждения расплывается по молекуле. В результате этих процессов регулярное движение ядер переходит в стохастическое движение и дальше осуществляется традиционный механизм реакции. В этом случае важным направлением фемтохимии является исследование динамического механизма реакции. Исследования динамики элементарных химических реакций показало, что она включает совокупность внутримолекулярных процессов, для описания которых можно ввести интермедиаты, и изучать их спектроскопию и время жизни на фемто-пикосекундной временной шкале. Однако если возбуждаются колебания, связанные с координатой реакции, то химическая реакция может происходить быстрее процессов стохастизации. В этом случае осуществляется когерентная реакция. В стохастической, т.е. традиционной реакции, локализация энергии в нужном месте молекулы определяется статистической флуктуацией. В когерентной же химии локализация энергии в нужном месте молекулы создается структурой когерентного колебательного волнового пакета. Если экспериментально манипулировать структурой когерентного колебательного волнового пакета, то можно по разному заселять нужные колебательные состояния, чтобы получить преимущественно тот или иной продукт. Создание новых принципов такого управления и является основной задачей когерентной химии. В настоящее время развивается важные для химии другие направления исследований. Сочетание фемтосекундных импульсов с микроскопией ближнего поля и многофотонной флуоресцентной микроскопией позволяет исследовать физико-химические процессы с фемтосекундным временным и нанометровым пространственным разрешением. Развитие этих направлений также будет обсуждаться в докладе на конкретных примерах. В заключение будут обсуждаться перспективы развития таких направлений, как экспериментальное определение молекулярных орбиталей, когерентное управление электронным движением, детектирование структурной динамики в ходе реакции. | C01, C07B, c20fs, c30ve, c52dp, c29uc
