Ученые впервые сняли на видео разрушение молекулы фуллерена мощным лазером

Международная группа исследователей впервые получила прямые изображения того, как молекула фуллерена C₆₀ (бакибол) ведет себя под воздействием мощных лазерных импульсов. Эксперимент проводился в Национальной ускорительной лаборатории SLAC с использованием источника когерентного рентгеновского излучения LCLS.

Сверхбыстрые рентгеновские лучи показывают, как молекула фуллерена растягивается, деформируется и в конечном итоге разрушается под воздействием интенсивных лазерных импульсов. Наблюдения выявили поведение, которое только теория не может полностью объяснить. Предоставлено: AI/ScienceDaily.com

Ученые анализировали рентгеновскую дифракционную картину, чтобы понять реакцию молекулы на инфракрасный лазерный импульс. Они отслеживали два ключевых параметра: средний радиус молекулы R и амплитуду Гинье A, которая отражает силу рассеяния рентгеновских лучей и зависит от эффективного числа атомов, выступающих в качестве центров рассеяния.

При низкой интенсивности лазера молекула сначала расширяется, прежде чем начинается заметное фрагментирование. При средней интенсивности за стадией расширения следует уменьшение радиуса, что указывает на рассеяние от более мелких фрагментов. При максимальной интенсивности молекула быстро расширяется, а амплитуда Гинье резко падает в самом начале лазерного импульса, показывая, что почти все валентные электроны удаляются на ранней стадии взаимодействия.

Теоретические модели смогли воспроизвести лишь часть экспериментального поведения. Модель предсказывала колебания радиуса и амплитуды, вызванные периодическим «дыханием» молекулы, но в измеренных данных это движение полностью отсутствовало. Только после добавления механизма сверхбыстрого нагрева, влияющего на атомные позиции, пересмотренная модель более точно совпала с экспериментом.

Эти рентгеновские «фильмы» предоставляют важную основу для исследования фундаментальных квантовых процессов в сложных молекулах и поддерживают долгосрочные усилия по управлению химическими реакциями с помощью точно сформированных лазерных полей.