원자의 가장 바깥 쪽 쉘에 위치한 원자가 전자는 화학 반응을 유발하고 다른 원자와 결합을 형성하는 데 중요한 역할을합니다.
그러나이 입자 들이이 작업을 수행 할 때 영상화하는 것은 까다 롭습니다. 원자가 전자는 엄청나게 작을뿐만 아니라 펨토초 내에서 화학적 결합을 형성합니다.
이제 Energy of Energy의 SLAC National Accelerator Laboratory의 실험은 처음으로 Advanced X - Ray 기술을 - 엣지 시뮬레이션과 이론과 결합하여 화학 반응에서 실시간으로 Valence 전자의 움직임의 영향을 이미지화했습니다.
SLAC의 초고속 Linac Coherent Light Source (LCLS)의 매우 밝은 x - 광선 펄스를 사용하여, 멀티 - 기관 팀은 암모니아 분자로부터 수소 해리를 안내하면서 단일 원자가 전자를 추적했습니다.
저널에 게시 된 결과물리적 검토 편지, 과학자들은 기본 수준에서 화학을 더 잘 이해하고 화학 반응의 결과를 더 잘 통제하도록 도울 수 있습니다. 그 지식은 다음 - 생성 재료 및 기술을 설계하기 위해 활용 될 수 있습니다.
반응 중에 원자가 전자 추적
과학자들은 화학 반응 전체에서 단일 전자의 움직임을 추적하기 위해 수년간 노력해 왔습니다. 그러나,이 여정을 영상화하는 것은 원자 내의 많은 전자에서 단일 전자를 분리하기가 어려웠 기 때문에 여러 수준에서 애매 모호했으며 화학 반응이 발생하는 매우 빠른 시간 내에 그렇게하는 것은 불가능했습니다.
SLAC에서 연구팀은 이론과 실험과 관련된 새로운 접근법을 시도하기로 결정했습니다. lcls의 힘을 사용하여 x - ray 레이저를 사용하여 시간 - x - Ray Scattering - - - - - - - - 전기 분포-}}}}} {5} 및 쌍을 추적하기에 충분히 민감한 펨토초를 사용했습니다.
이 팀은 박사 학위 인 Ian Gabalski가 이끌었습니다. 스탠포드 대학교 (Stanford University)의 학생, 스탠포드 펄스 연구소 (Stanford Pulse Institute)의 필립 벅스 바움 (Philip Bucksbaum) 교수, 스웨덴의 Kth Royal Institute of Technology의 이론 화학 조교수 인 Nanna List, 영국 Gabalski는 실험과 데이터 분석을 이끌었고, 이론과 데이터 분석을 이끌었고, 이론은 반응의 선택을 안내하고 나중에 반응의 선택을 제공하는 데 필요한 이론과 데이터를 제공했다는 이론과 데이터 분석을 제공했다는 이론과 데이터 분석을 제공했다. 재 배열.
전자 운동의 영향을 추적하기 위해 팀은 높은 - 밀도 암모니아의 인클로저를 만들어 자외선 레이저로 흥분했습니다. 레이저가 가스를 통과함에 따라 LCL의 x - 광선이 전자에 부딪쳐 뒤로 물러났습니다. Gabalski는 "모든 일은 500 펨토초의 과정에서 일어난다"고 말했다.
대부분의 분자에서, 원자에 단단히 결합 된 코어 전자는 외부 원자가 전자보다 우수합니다. 그러나 질소 원자와 3 개의 수소 원자로 구성된 암모니아와 같은 소형 및 광 분자에서 원자가 전자는 코어 전자보다 훨씬 많습니다. 즉, 원자가 전자의 x {- 광선 산란 신호는이를 추적 할 수있을 정도로 강력하고 원자의 위치를 추론하면서 어떻게 움직이는 지 "확인하십시오".
과학자들은 이미 광범위한 암모니아가 질소 및 수소 원자가 피라미드를 형성하는 구조에서 모든 원자가 평면에있는 구조로 진화한다는 것을 이미 알고있었습니다. 결국, 하이드로겐 중 하나 가이 평면 형상으로부터 분리되어 분자를 조각한다. 그들의 x {- 광선 산란 기술을 통해 연구원들은이 핵 재배치를 이끌어내는 전자 운동을 이미지화 할 수있었습니다.
목록의 계산은 데이터 해석의 핵심이었습니다. "일반적으로 우리는 원자가 전자가 직접 보지 않고 반응 중에 원자가 전자가 어떻게 움직이는 지 유추해야하지만, 여기서는 직접 측정을 통해 재 배열이 전개되는 것을 볼 수 있습니다." "이것은 이론과 실험 사이의 아주 좋은 협력이었습니다."
다른 화학 반응 경로에 따라
원자가 전자의 운동을 추적하면 전자 운동에 의해 구동되는 화학 반응이 취할 수있는 다양한 경로로 창을 제공합니다.
Gabalski는 "새로운 제약 또는 재료를위한 분자를 합성하려고한다면 이러한 화학 반응은 항상 원하는 및 바람직하지 않은 경로로 분기 될 것"이라고 Gabalski는 말했다. "원하는 방식으로 진행되지 않으면 부산물이 생성됩니다. 따라서 이것이 어떻게 작동하는지 이해한다면 원하는 방향으로 그 반응을 조종하는 방법을 알아낼 수 있습니다. 일반적으로 화학을위한 매우 강력한 도구가 될 수 있습니다."
이 팀은 최근 LCLS 업그레이드 후 훨씬 더 강력한 x - 광고를 통해 더 나은 이미지를 캡처하기 위해 기술을 계속 개선하기를 희망합니다.
"우리는 코어 전자 배경의 바다에서 이러한 원자가 전자 신호를 볼 수 있었으며, 이는 많은 새로운 길을 열어줍니다." "그것은 우리가 전에 볼 수 없었던 것들을 보려고 노력한 개념의 증거였습니다."
