Новости науки 06.09.01. Молекулы, освещаемые изнутри.
Для исследования свойств материи давно уже применяется фотоэлектронная
спектроскопия, суть которой состоит в измерении энергетических спектров
электронов при фотоэлектронной эмиссии. Однако развитие экспериментальной
техники открывает перед исследователями новые перспективы. В недавно
вышедшей статье объединенной американо-германо-французской группы
ученых сообщается о методике, позволяющей исследовать внутримолекулярный
потенциал, изнутри "освещая" молекулу фотоэлектронами.
Фотоэлектронная спектроскопия позволяет получать информацию как
о внутренних, так и о внешних электронных оболочках атомов и молекул,
метод применим к веществу в твердом, жидком и газообразном состоянии.
В основе метода лежит тот факт, что сумма энергии связи выбитого
электрона и его кинетической энергии равна энергии поглощенного
фотона. Если же иметь возможность регистрировать не только кинетическую
энергию, но и направление движения электрона, то можно получать
гораздо более богатую информацию.
Рис.1. Распределение фотоэлектронов по импульсу для различных
ориентаций молекулы относительно поляризации падающего излучения
(вверху - цветовая шкала интенсивности). Черный кружок - атом углерода,
красный - кислорода.
В работе американо-германо-французской группы ученых [1] представлена
методика, позволяющая получать фотоэлектронную дифракционную картину
для свободных двухатомных молекул в газовой фазе. Подобная методика
была применена к исследованию двухатомных молекул CO, облучавшихся
линейно поляризованным рентгеновским излучением с энергией фотона,
достаточной, чтобы выбить электрон с К-оболочки атома углерода.
Кинетическая энергия и, соответственно, дебройлевская длина волны
выбитого с K-оболочки электрона зависит от энергии фотона (шаг по
энергии фотона составлял 0.1 эВ, максимальная энергия фотона превышала
пороговую на 30 эВ). Электронная волна взаимодействует с потенциалом
молекулы; интенсивность выходящей в данном направлении волны (вероятность
"вылета" электрона данном направлении) зависит от того, как складываются
амплитуды прямой и рассеянных электронных волн. Диссоциация молекулы
происходит достаточно быстро (так, что молекула не успевает изменить
своего положения) и фрагменты молекулы разлетаются вдоль оси, соединяющей
атомы. Поэтому, регистрируя прилет (из точки, где встречаются пучок
молекул и рентгеновский луч) и энергию фрагментов молекулы и электрона,
можно получить картину электронной дифракции (рисунок 1). Как ясно
из вышесказанного, полученные изображения отражают распространение
электронной волны в трехмерном потенциале молекулы.
Такую методику можно использовать, например, для наблюдения фотохимических
реакций под действием коротких лазерных импульсов. Это даст исследователям
возможность получать "фотографии" внутримолекулярного потенциала
и молекулярной структуры на разных стадиях реакции. Пока подобные
исследования могут быть проведены в простейшем случае двухатомных
молекул, но ученые полагают, что в будущем станет возможным работать
и с более сложными молекулами.
1. A.Landers, Th.Weber, I.Ali et al. Phys.Rev.Lett. v.87, 013002
(2001).
|