นักวิทยาศาสตร์ในสหรัฐอเมริกาและสหราชอาณาจักรเป็นคนกลุ่มแรกที่สังเกตเห็นว่าอิเล็กตรอนจัดเรียงตำแหน่งใหม่ในโมเลกุลในช่วงแรกของปฏิกิริยาเคมีที่ขับเคลื่อนด้วยแสง พวกเขาทำเช่นนั้นโดยการยิงแสงเกินขีดและคลื่นรังสีเอกซ์ที่โมเลกุลเพื่อสร้าง “ภาพเคลื่อนไหว” ของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เทคนิคนี้สัญญาว่าจะให้ความกระจ่างเกี่ยวกับกระบวนการทางเคมี เช่น การสร้างและการทำลายพันธะ
วิธีการ
ของพวกเขายังสามารถใช้เพื่อศึกษากระบวนการที่เร็วมากอื่นๆ ในฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยาได้อีกด้วย
มีปฏิกิริยาเคมีมากมายที่ขับเคลื่อนด้วยแสง บางอย่างเช่นการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชและการผลิตวิตามินดีในผิวหนังเป็นที่ต้องการ ในขณะที่อย่างอื่นเช่นการซีดจางของสีในแสงแดด
ไม่เป็นที่ต้องการ นักเคมีคาดการณ์มานานแล้วว่าขั้นตอนแรกในปฏิกิริยาที่ขับเคลื่อนด้วยแสงคือการจัดเรียงอิเล็กตรอนใหม่อย่างรวดเร็ว ในขณะที่นิวเคลียสของอะตอมเคลื่อนที่ช้ากว่ามาก“เมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนตำแหน่ง แรงที่กระทำต่อนิวเคลียสจะเปลี่ยนไป ซึ่งนำไปสู่การเคลื่อนที่ของอะตอม
และกระบวนการทางกายภาพอื่นๆ เช่น พลังงานหรือการขนส่งประจุ”จากมหาวิทยาลัยเอดินบะระ อธิบาย ตอนนี้ และเพื่อนร่วมงานได้ใช้การกระเจิงของรังสีเอกซ์เพื่อติดตามการจัดเรียงใหม่นี้แบบเรียลไทม์
การกระจายอิเล็กตรอน การกระเจิงของรังสีเอกซ์เป็นเทคนิคที่นิยมใช้ในการกำหนดตำแหน่ง
ของอะตอมภายในผลึกและโมเลกุล แต่รังสีเอกซ์มีปฏิสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนของอะตอมเป็นส่วนใหญ่ แทนที่จะเป็นนิวเคลียสของอะตอม ดังนั้นการกระเจิงของรังสีเอกซ์จึงเผยให้เห็นการกระจายตัวของอิเล็กตรอนภายในวัสดุหรือโมเลกุล ความแตกต่างนี้มักไม่สำคัญสำหรับตัวอย่างที่สมดุล
แต่ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เร็วจะเริ่มจัดเรียงตัวเองให้ดีก่อนที่อะตอมที่เซื่องซึมและหนักกว่ามากจะเริ่มเคลื่อนที่ เป็นผลให้สามารถใช้พัลส์เอ็กซ์เรย์สั้นเกินขีดเพื่อสังเกตการเคลื่อนไหวทางอิเล็กทรอนิกส์นี้ได้ การทำเช่นนั้นเกี่ยวข้องกับการยิงพัลส์แสงเกินขนาดที่ตัวอย่างโมเลกุล
ซึ่งจะทำ
ให้ปฏิกิริยาเคลื่อนไหว ตามมาเกือบจะในทันทีด้วยพัลส์รังสีเอกซ์ที่สั้นเกินขีด ซึ่งจะถ่ายภาพการกระจายตัวของอิเล็กตรอนของโมเลกุลในขณะที่ปฏิกิริยาดำเนินไป โดยการเปลี่ยนแปลงความล่าช้าระหว่างพัลส์ของแสงและรังสีเอกซ์ สามารถสร้างภาพยนตร์ของการกระจายอิเล็กตรอนที่เปลี่ยนแปลงได้
หากต้องการดูการเคลื่อนไหวนี้ ความยาวของพัลส์ทั้งสองและการหน่วงเวลาระหว่างจะต้องอยู่ในลำดับของเฟมโตวินาที อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถควบคุมการหน่วงเวลาระหว่างพัลส์ของแสงและเอ็กซ์เรย์ได้อย่างสมบูรณ์ “เราสามารถหาค่าหน่วงเวลาระหว่างพัลส์ได้คร่าวๆ” อธิบาย
“แต่หลังจากนี้ เราพึ่งพาสิ่งที่เรียกว่า “การประทับเวลา” ซึ่งเป็นเครื่องมือวินิจฉัยที่บันทึกการหน่วงเวลาที่แน่นอนระหว่างพัลส์ออปติกและเอ็กซ์เรย์”เมื่อห้าปีก่อน ทีมงานได้ทำการทดลองโดยใช้พัลส์ พวกเขาสามารถติดตามการเคลื่อนที่ของอะตอมในโมเลกุล 1,3-ไซโคลเฮกซาไดอีนตามฟังก์ชันของเวลา
แต่ความละเอียดของเวลาของการทดลองนั้นไม่ดีพอที่จะเห็นอิเล็กตรอนเคลื่อนที่โดยอิสระจากอะตอม
โมเลกุลที่น่าสนใจมีการใช้สปีชีส์ 1,3-ไซโคลเฮกซาไดอีนเนื่องจากผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ครั้งใหญ่ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นที่นิยมสำหรับการสร้างภาพยนตร์เอ็กซ์เรย์
อย่างไรก็ตาม
ชี้ให้เห็นว่ามันเป็น “โมเลกุลที่น่าสนใจซึ่งทำหน้าที่เป็นแบบจำลองที่สำคัญสำหรับปฏิกิริยาทางชีววิทยาที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ปฏิกิริยาที่ผลิตวิตามินดีเมื่อแสงแดดกระทบผิวหนังของคุณ”ขณะนี้ ทีมงานได้ปรับปรุงการทดลองและเทคนิคการวิเคราะห์ข้อมูล และขณะนี้สามารถเฝ้าดูการเคลื่อนที่เบื้องต้น
ของอิเล็กตรอนเมื่อพัลส์แสงกระทบกับ 1,3-cyclohexadiene พวกเขาพบว่าการกระจายตัวของอิเล็กตรอนขยายขนาดในช่วงเวลา 30 fs นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของ SLAC อธิบายว่า “เรากำลังถ่ายภาพอิเล็กตรอนเหล่านี้ขณะที่พวกมันเคลื่อนที่และเปลี่ยนไปมา นี่เป็นการปูทางไปสู่การดูการเคลื่อนที่
ของอิเล็กตรอนในและรอบ ๆ การแตกพันธะและการสร้างพันธะโดยตรงและแบบเรียลไทม์” ชี้ให้เห็นว่าเทคนิคนี้สามารถนำมาใช้เพื่อศึกษาระบบต่างๆ ได้ อย่างไรก็ตาม อาจเป็นเรื่องยากที่จะนำไปใช้กับสถานการณ์ที่อิเล็กตรอนและอะตอมเคลื่อนที่ในช่วงเวลาเดียวกัน “ด้วยการปรับปรุงเพิ่มเติม
แรงลึกลับที่เรียกว่า “เอฟเฟ็กต์ยาร์คอฟสกี้” อาจผลักดาวเคราะห์น้อยออกจากวงโคจรธรรมชาติระหว่างดาวอังคารกับดาวพฤหัสบดี และเข้าไปในระบบสุริยะชั้นใน ผลกระทบเกิดจากแสงแดดทำให้ดาวเคราะห์น้อยอุ่นขึ้นขณะที่พวกมันหมุน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นในส่วนต่าง ๆ ของดาวเคราะห์น้อย วงโคจรของมัน
ก็เปลี่ยนไป ความแรงของการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางความร้อนและการหมุนของดาวเคราะห์น้อย ก่อนหน้านี้เคยคิดว่าดาวเคราะห์น้อยมีขนาดเล็กเกินกว่าที่แสงแดดจะมองเห็นได้ อย่างไรก็ตามในการทดลองและการวิเคราะห์ข้อมูล เราคาดการณ์ว่าเราจะสามารถจับภาพการเปลี่ยนแปลง
เสนอว่าเมื่อดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่ชนกัน ชิ้นส่วนของพวกมันซึ่งเป็นก้อนหินที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำกว่า 20 กม. จะไวต่อผลกระทบของยาร์คอฟสกี้มากกว่า แสงแดดถูกดูดซับโดยชิ้นส่วน ซึ่งจะปล่อยรังสีอินฟราเรดออกจากพื้นผิว ผลกระทบจากแรงดันรังสีขนาดเล็กนี้จะค่อยๆ
ขับเคลื่อนชิ้นส่วนออกจากวงโคจรเดิม ชิ้นส่วนทั่วไปสามารถเคลื่อนที่ได้ประมาณ 1,500 กม. จากวงโคจรในช่วง 1,000 ล้านปี การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของวงโคจรนี้เพียงพอสำหรับชิ้นส่วนบางชิ้นที่จะตกลงสู่การสั่นพ้องของแรงโน้มถ่วงและด้วยเหตุนี้จึงเคลื่อนเข้าหาโลกโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์และตำแหน่งอะตอมได้พร้อมๆ กันตลอดกระบวนการไดนามิกที่ซับซ้อน”
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
