Квадрильйонна секунди в уповільненому русі

Багато хімічних процесів відбуваються так швидко, що їх розуміють тільки приблизно. Щоб прояснити ці процеси, команда з Технічного університету в Мюнхені (TUM) розробила методологію з роздільною здатністю квінтильйоної частини секунди. Нова технологія дозволяє краще зрозуміти процеси, як наприклад фотосинтез, і розробити більш швидкі комп’ютерні чіпи, повідомляє новину spacedaily.

Вигляд вимірювальної камери, яка об’єднує дві технології спектроскопії зонду накачки, що дозволяють спостерігати і контролювати надшвидкі процеси з аттосекундною розділовою здатністю.

Важливим проміжним кроком у багатьох хімічних процесах є іонізація. Типовим прикладом цього є фотосинтез. Реакції займають всього декілька фемтосекунд (квадрильйонні частини секунди) або навіть кілька сотень аттосекунд (квінтильйон частини секунди). Оскільки вони працюють дуже швидко, відомі тільки початкові і кінцеві результати, але не шляхи реакції або проміжні продукти.

Щоб спостерігати такі надшвидкісні процеси, науці потрібна вимірювальна техніка, що швидша, ніж сам спостережувальний процес. Так звана “спектроскопія із зондом накачування” робить це можливим.

У ній зразок збуджується з використанням початкового лазерного імпульсу, який викликає реакцію. Другий імпульс із затримкою за часом робить запит миттєвого стану процесу. Множинні повторення реакції з різними часовими затримками призводять до окремих зображень зупинки руху, які потім можуть бути скомпільовані в “фільм”.

Два ока бачуть більше ніж одне

Зараз команда вчених, очолювана Біргіттою Бернхардт, колишнім співробітником кафедри лазерної та рентгенівської фізики в Мюнхені і молодшим професором Інституту прикладної фізики Університету Єни, вперше досягла успіху в об’єднанні двох методів спектроскопії зондом накачування з використанням криптону інертного газу. Це дозволило їм пролити світло на надшвидкі процеси іонізації з точністю, яка до сьогодні  не була можливою.

“До нашого експерименту можна було спостерігати, яка частина збуджуючого світла поглиналася зразком з плином часу або заміряла, які і скільки іонів були створені в процесі”, – пояснює Бернхардт. “Тепер ми об’єднали два методи, які дозволяють нам спостерігати точні кроки, за допомогою яких відбувається іонізація, як довго ці проміжні продукти існують і що саме викликає збуджуючий лазерний імпульс в зразку”.

Ультрашвидкий процеси під контролем

Комбінація двох методів вимірювання дозволяє вченим не тільки реєструвати надшвидкі процеси іонізації. Завдяки зміні інтенсивності другого зондуючого лазерного імпульсу вони тепер можуть, вперше, також контролювати і таким чином також впливати на динаміку іонізації.

“Такий контроль – дуже потужний інструмент”, – пояснює Бернхардт. “Якщо ми зможемо точно зрозуміти і навіть вплинути на швидкі процеси іонізації, ми зможемо багато дізнатися про процеси світла, такі як фотосинтез, особливо про початкові моменти, коли ця складна техніка починає рух і яка майже не піддається розумінню до теперішнього часу”.

Ультрашвидкі комп’ютери

Технологія, розроблена Бернхардт і її колегами, також цікава розробкою нових, більш швидких комп’ютерних чіпів, в яких важливу роль відіграє іонізація кремнію. Якщо іонізаційні стани кремнію можна не тільки відбирати на такому короткому часовому масштабі, але також можна встановлювати – як показують перші експерименти з криптоном, вчені могли б в один прекрасний день використовувати це для розробки нових і навіть більш швидких комп’ютерних технологій.