Физики научились управлять движением отдельных электронов в молекуле

Исследователи научились управлять движением отдельных электронов в молекуле, разработанная ими техника в перспективе может помочь контролировать химические реакции, что полезно при разработке новых лекарств, рассказал корр. ТАСС доктор физико-математических наук Олег Толстихин из Московского физико-технического института (МФТИ).

"Мы можем управлять движением электронов в молекуле, а это означает, что если эта технология будет развита, мы сможем управлять исходом химических реакций. Например, в смеси газов, где может идти химическая реакция, ее исход может быть один, а может быть другой. Светя "правильным" лазером c "правильной" формой импульса, можно сделать один из исходов доминирующим ", - пояснил ученый.

Толстихин и его коллеги, экспериментаторы под руководством Ганса Якоба Вернера из швейцарской Высшей технической школы в Цюрихе и теоретики из Дании, Бельгии и Канады, занимаются так называемой "аттофизикой" - изучением явлений, которые продолжаются аттосекунды, то есть миллиардные доли миллиардных долей секунды. В новой работе, результаты которой опубликованы в журнале Science, им удалось проследить за движением электронов вдоль линейной молекулы, а также показать, что их перемещением можно управлять.

Перемещение в данном случае понимается не буквально. В эксперименте ученые использовали молекулы йодацетилена (HCCI), которые представляют собой вытянутые цепочки из четырех атомов - водорода, двух атомов углерода и атома йода. Под действием мощных и очень коротких лазерных импульсов конфигурация электронной оболочки молекулы менялась: в ней возникала "дырка" - вакантное место для электрона. Под действием лазерного излучения возникала суперпозиция двух квантовых состояний этой дырки: подобно коту Шредингера, который и жив и мертв одновременно, дырка может быть с некоторой вероятностью обнаружена сразу на обоих концах молекулы. Эта вероятность меняется со временем, что создает эффект перемещения дырки за время, примерно равное 100 аттосекундам.

Перемещения электронов исследователи наблюдали косвенно, вычисляя их по спектру высоких гармоник, возникающему при взаимодействии лазерного импульса с молекулой. "На молекулу светят мощным лазером с длиной волны 800 нанометров. В результате взаимодействия мощного лазерного импульса с мишенью, из нее вылетают фотоны, которые могут иметь в десять, сто и даже тысячу раз большую энергию, чем исходные фотоны лазера. Эти фотоны называют высокими гармониками", - объяснил Толстихин.

Меняя поляризацию лазера, исследователи продемонстрировали возможность влияния на динамику перестройки в электронной оболочке молекулы, что и может позволить использовать разработанные ими методы для управления химическими реакциями. Такая возможность, в частности, будет очень полезна при разработке новых медикаментов. "Если вы можете управлять исходом химической реакции, то вы можете создавать вещества, большие молекулы - любое лекарство это большая молекула, - которые обычно удается получить в результате химических реакций в ничтожных количествах, а так можно будет, например, в половине случаев получить нужное вещество", - сказал исследователь.