​Сотрудники Сибирского федерального университета вместе с зарубежными коллегами впервые ускорили вращение молекулы и зафиксировали явление с помощью рентгеновских лучей. Это поможет ученым управлять сверхтонким рентгеновским «скальпелем», чтобы разрезать молекулы. Работа проходила в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, а ее результаты были опубликованы в журнале PNAS.

Одним из направлений рентгеновской физики считается контроль динамики движения молекул, в частности их вращения, который относится к фундаментальным аспектам физики и химии. Для этого ученые исследуют электронную структуру молекул, то есть то, как расположены электроны на разных оболочках их атомов. За работу в этой области в 1924 году швед Манне Сигбан получил Нобелевскую премию по физике: он использовал методы рентгеновской спектроскопии и с их помощью впервые полностью описал структуру электронной оболочки атома. Его сын, Кай Сигбан, продолжил работу отца и добился сверхвысокого разрешения оболочки. За это он тоже получил Нобелевскую премию, уже в 1981 году.

В своей работе ученые использовали специальный тип рентгеновской спектроскопии, в котором рентгеновский фотон, поглощенный молекулой, выбрасывал из нее глубокий 1s-электрон. Созданное нестабильное высоковозбужденное состояние молекулы распадалось спустя очень короткое время. Высвободившаяся при этом распаде энергия приводила к выбросу из молекулы так называемого оже-электрона, который регистрировал детектор.

Ученые долгое время считали, что с помощью такого метода невозможно обнаружить вращение молекул, так как оно очень медленное по сравнению с длительностью исследуемого рентгеновского процесса. То есть поглощение фотона и испускание оже-электрона происходили слишком быстро, чтобы зафиксировать медленное вращение. Чтобы ускорить вращение молекулы, ученым нужно было передать ей большой угловой момент – количество вращательного движения.

«В своей работе мы рассказали о новом эффекте, который впервые позволил наблюдать динамику молекулярного вращения в рентгеновских спектрах. Для этого мы перевели молекулу углерода в состояние сверхбыстрого вращения, ионизировав ее фотонами большой энергии», – рассказал Фарис Гельмуханов, один из авторов статьи, доктор физико-математических наук, профессор Королевского технологического института (Стокгольм, Швеция), старший научный сотрудник Сибирского федерального университета.

Ученые преобразовали молекулу углерода в ион с помощью жестких рентгеновских фотонов с энергией около 10 кэВ. У таких фотонов длина волны очень короткая, поэтому они ведут себя подобно «вещественным частицам» – электронам или протонам.

После облучения фотоэлектрон, как снаряд, вылетел из атома углерода и передал ему большой импульс отдачи. Так он привел молекулу в сверхбыстрое вращение с эффективной вращательной температурой, близкой к температуре на поверхности Солнца – около 10 000 оС. Благодаря сверхбыстрому вращению молекула могла повернуться на заметный угол за короткое время рентгеновского процесса.

Кроме того, авторы определили угол этого поворота с помощью оже-электрона, выбившегося из молекулы на восемь фемтосекунд позднее. Оже-электроны – это частицы, которые вылетают из молекулы, как только на одной из ее внутренних оболочек появляется свободное место. Варьируя энергию рентгеновского фотона и, как следствие, скорость вызванного вращения, ученые смогли отобразить на экране динамику этого вращения.

Авторы отмечают, что эта работа фундаментальная, и ее основное практическое применение – рентгеновская фотохимия, которая изучает химические превращения под воздействием света. С помощью результатов исследования ученые смогут разработать новые подходы к управлению химическими реакциями рентгеновским светом, который служит сверхтонким «скальпелем» атомарных размеров. Им можно разрезать молекулу вблизи заданного атома.

«Следующий этап исследований – распад молекулы в процессе ионизации фотонами с энергией больше 10 кэВ. Вылет ускоренного фотоэлектрона приведет молекулу в состояние сверхбыстрого вращения. В этом случае мы ожидаем разрыв химической связи за счет центробежной силы. Его механизм сходен с механизмом разрыва нитки, на конце которой привязан вращающийся грузик», — заключил Фарис Гельмуханов.

Источники

Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Lenta-7day.ru, 27/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Новости России и Мира (novostidny.ru), 26/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Novostival.ru, 26/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
24ТОП.kz (24top.kz), 26/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Культурная Москва (cultmoscow.com), 26/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Kyivweekly.com, 26/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Новости@Rambler.ru, 26/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Margust (gazeta-margust.ru), 26/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Газета.Ru, 26/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Mukola.net, 26/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Kp.crimea.ua, 27/04/2019
Найден способ управлять рентгеновским скальпелем
Индикатор (indicator.ru), 27/04/2019
Сибирские физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Тайга info, 27/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Новости сибирской науки (sib-science.info), 27/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Teneta news (teneta.ru), 27/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Политгид (polit-gid.ru), 27/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем
Народная медицина (medata.org), 26/04/2019
Физики научились управлять рентгеновским скальпелем: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (news.yandex.ru), 27/04/2019
Найден способ управлять рентгеновским скальпелем
SMIonline (so-l.ru), 27/04/2019
Найден способ управлять рентгеновским скальпелем
Nanonewsnet.ru, 29/04/2019
Физики СФУ учатся разрезать молекулы рентгеновским скальпелем
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 07/05/2019
Ученые СФУ изучают технологию разделения молекул рентгеновским скальпелем
ИА Regnum, 07/05/2019
Физики СФУ учатся разрезать молекулы рентгеновским скальпелем
UTime News (utimenews.org), 07/05/2019

Похожие новости

  • 29/05/2018

    Красноярские ученые создали новые сверхтонкие ферромагнитные наноматериалы

    Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) исследовали свойства двух различ-ных двумерных модификаций нитрида ванадия. Эти материалы найдут применение в со-здании спинтронных устройств нового поколения.
    447
  • 24/06/2019

    В Сибири работают над электроникой будущего

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали самоорганизующийся шаблон из кремнезёма для прозрачных электродов на гибкой подложке, эффективный при разработке современных гибких дисплеев и светодиодов.
    194
  • 12/05/2016

    Российские физики смоделировали акустические волны в пьезоэлектрических микроструктурах

    ​Физики из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов, Московского физико-технического института и Сибирского федерального университета смоделировали акустические волны в пьезоэлектрических микроструктурах, на основе которых можно создать компактные и высокочувствительные датчики.
    1324
  • 16/04/2019

    Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды

    ​Международный коллектив ученых точно измерил силу водородных связей между молекулами воды и опроверг популярную сегодня теорию о том, как устроена эта необычная жидкость. Новое теоретическое описание структуры воды было представлено в журнале Nature Communications.
    316
  • 05/03/2019

    Доцент СФУ выявила перспективность использования природного графита

    ​Доцент кафедры инженерного бакалавриата CDIO Института цветных металлов и материаловедения СФУ Татьяна Гильманшина в сотрудничестве со специалистами АО «Красноярскграфит» и Чувашского государственного университета (Чебоксары) провели ряд исследований, которые направлены на разработку новых противопригарных покрытий на основе природных и активированных графитов.
    269
  • 16/10/2018

    Красноярские физики исследовали сверхбыстрый распад молекулы воды

    ​Ученые из Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Швеции описали распад молекулы воды при воздействии на нее рентгеновского излучения. Полученные данные в дальнейшем можно использовать для создания материалов с заданными свойствами, сообщила пресс-служба СФУ.
    394
  • 10/05/2018

    Красноярские ученые создали инновационный способ подготовки ядерных отходов к захоронению

    ​Инновационную технологию подготовки к безопасному хранению радиоактивных отходов (РАО), полученных от переработки отработавшего облученного ядерного топлива (ОЯТ), разработали ученые Сибирского федерального университета (СФУ), сообщил ТАСС один из авторов исследования, профессор СФУ, доктор технических наук Владимир Кулагин.
    503
  • 19/01/2016

    Новая технология ученых СФУ увеличит скорость литья на 85%

    ​В Сибирском федеральном университете завершили масштабные испытания инновационной технологии перемешивания жидкой сердцевины кристаллизующегося слитка - LHMS (Liquid Heart Metal Stirrer). Первый этап реализации технологии LHMS, предназначенной для производителей и переработчиков алюминия и его сплавов, включал в себя разработку оборудования и его поставку на завод ведущего европейского производителя (Швейцария) конечной продукции из алюминиевых сплавов для машиностроения.
    1259
  • 16/05/2017

    Ученые СФУ разработали наиболее эффективный материал для аккумулирования водорода

    Красноярские ученые получили новый материал для хранения водорода, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ). Материал на основе гидрида магния может хранить массу водорода, составляющую около 7% его собственной массы, и это рекордное значение емкости для всех аналогичных материалов.
    1054
  • 14/12/2017

    Ученые СФУ установили, что у Марса не было шанса стать обитаемым

    ​Профессор Сибирского федерального университета (СФУ) Николай Еркаев и его зарубежные коллеги из Австрии и Германии считают, что на Марсе никогда не было жизни и возникнуть она там не могла.К такому выводу они пришли, построив модель формирования планет, обладающих сравнительно небольшой массой.
    596