Ученые впервые сняли на видео разрушение молекулы фуллерена лазером

Международная группа ученых впервые зафиксировала в реальном времени процесс разрушения молекул фуллерена C₆₀ под воздействием интенсивного лазерного излучения. Эксперимент проводился в Национальной ускорительной лаборатории SLAC с использованием рентгеновского лазера на свободных электронах LCLS.

Схема эксперимента: ансамбль молекул C₆₀ возбуждается и ионизируется импульсом ближнего инфракрасного диапазона, после чего фиксируется рентгеновским импульсом. Показаны экспериментальные картины рассеяния для различных временных задержек Δt. Автор: PSI, MPI-PKS

Фуллерен C₆₀, известный своей сферической структурой, напоминающей футбольный мяч, служил модельной системой для изучения динамики сложных молекулярных процессов. Исследователи анализировали два ключевых параметра: средний радиус молекулы R и амплитуду Гинье A, которая характеризует распределение фрагментов при разрушении.

Экспериментальные результаты (внизу) и кадры теоретического моделирования (вверху). Слева: мягкое расширение C₆₀ при слабом лазерном воздействии. В центре: взрывное разрушение при средней интенсивности. Справа: полная диссоциация молекулы при высокой интенсивности. Автор: PSI, MPIK, MPI-PKS

Эксперименты проводились при трех режимах интенсивности лазера: низкой (1×10¹⁴ Вт/см²), средней (2×10¹⁴ Вт/см²) и высокой (8×10¹⁴ Вт/см²). При низкой интенсивности наблюдалось расширение молекулы с последующим умеренным фрагментированием. При средней интенсивности расширение сменялось уменьшением радиуса, что указывало на образование мелких фрагментов. При самой высокой интенсивности происходило быстрое расширение с одновременным удалением валентных электронов.

Исследование выявило расхождения между экспериментальными данными и теоретическими моделями, особенно в предсказании осцилляторного поведения молекулы. Это указывает на необходимость дальнейшего изучения многоэлектронной динамики в интенсивных лазерных полях.

Работа опубликована в журнале Science Advances и представляет важный шаг на пути к управлению химическими реакциями с помощью лазерного излучения.

Интересный факт: Фуллерен C₆₀, открытый в 1985 году, получил свое название в честь архитектора Бакминстера Фуллера, создавшего геодезические купола аналогичной структуры. За это открытие Харольд Крото, Роберт Керл и Ричард Смолли получили Нобелевскую премию по химии в 1996 году.