«Если вы хотите увидеть что-то, что происходит очень, очень быстро, вам нужен инструмент, который может измерять очень, очень крошечный период времени», — сказал Лин. "Единственный источник света, доступный для фемтосекундных измерений, — это лазер."
Фемтосекунда — это одна миллионная миллиардной доли секунды, что в миллион раз короче наносекунды. До недавнего времени не было возможности измерить, что происходит во время химической реакции за такой короткий промежуток времени.
Исследовательская группа Лина сняла свой первый молекулярный фильм о молекуле кислорода с помощью лазеров в 2012 году, но для записи более крупной молекулы, такой как четырехатомная молекула ацетилена, им понадобился более совершенный лазер. После пяти лет сотрудничества с группой Йенса Бигерта из Института фотонных наук ICFO, члена Барселонского института науки и технологий, идея Лина стала реальностью.
Международная команда использовала собственные электроны молекулы, чтобы рассеять молекулу — процесс, называемый дифракцией электронов, индуцированной лазером в средней инфракрасной области, или LIED — и сделать снимки ацетилена, когда он распадается.
Интенсивный лазер используется для воздействия на молекулу ацетилена, состоящую из двух атомов водорода и двух атомов углерода, чтобы отделить электрон и инициировать распад молекулы. Через девять фемтосекунд лазер направляет свободный электрон обратно к вытянутой молекуле, чтобы создать изображение.
«Со временем ученые смогут применять этот инструмент в химии, биологии и других физических науках, чтобы изучать различные типы молекул и процессов», — сказал Линь.
По словам Линя, четырехатомная химическая структура ацетилена дает множество возможностей, при которых связи могут разорваться.
Возможность измерить, где и когда происходят эти разрывы, может помочь исследователям лучше понять химические реакции, что, по словам Линь, приведет к лучшему контролю реакции и применимо во многих областях науки.
«Чтобы что-то контролировать, вы должны знать, где это в первую очередь», — сказал Линь. "Если вы бросаете мяч над домом, вы не видите, что с ним происходит, поэтому вы больше не можете его контролировать. Но если у вас есть способ видеть каждую секунду полета мяча в воздухе, вы можете выяснить, почему он попадает в то место, где он находится, и потенциально изменить способ, которым вы его бросаете, чтобы контролировать результат или влиять на него в режиме реального времени."
Исследовательская группа Линя начала работать с исследовательской группой выдающегося профессора Лью Кокка из Университета штата Канзас в 2008 году над проведением первого эксперимента LIED, который привел к текущим разработкам.
Первоначальные эксперименты позволили исследователям применить свою теорию для декодирования сигналов электронов, создающих изображение. Расшифровав изображение, исследователи точно измерили новые расстояния связи молекулы, которые меньше одной стомиллионной доли сантиметра.
«Поскольку моментальные снимки, которые делают электроны, происходят в очень сильном лазерном поле, считалось, что практически невозможно расшифровать электронную информацию и измерить небольшие расстояния», — сказал Ле, который обеспечил критическое расшифровку структуры молекулы. на снимке из Барселоны. "Это первое наблюдение в реальном времени распада молекулы за девять фемтосекунд."