Forskare vid Fritz Haber-institutet inom Max Planck-sällskapet och internationella samarbetspartner säger sig ha rekonstruerat en film i realtid av atomer som rör sig under upp till en pikosekund före en ETMD-händelse (elektronöverföringsmedierat sönderfall), vilket visar att kärnornas rörelse och geometri starkt kan påverka när sönderfallet sker och vad det resulterar i.
Forskare från Fritz Haber-institutet inom Max Planck-sällskapet och internationella samarbetspartner har rekonstruerat atomer i rörelse precis innan en strålningsdriven process känd som ETMD (elektronöverföringsmedierat sönderfall), genom att använda ett enkelt modellsystem av en neonatom löst bunden till två kryptonatomer (NeKr2-trimer). (sciencedaily.com)
Vid ETMD slappnar en initialt exciterad atom av genom att ta en elektron från en närliggande granne, medan den frigjorda energin joniserar en tredje närliggande atom, vilket producerar en elektron med låg energi. Teamet studerade dynamiken genom att jonisera neonkärnan med mjuk röntgenstrålning och sedan följa systemets utveckling under upp till en pikosekund—ett ovanligt långt tidsfönster på atomär skala—innan sönderfallet inträffade. (sciencedaily.com)
För att göra detta använde forskarna ett COLTRIMS-reaktionsmikroskop vid synkrotronen BESSY II i Berlin och vid PETRA III i Hamburg. De kombinerade mätningarna med ab initio-simuleringar som spårade tusentals möjliga kärnbanor, vilket gjorde det möjligt för dem att rekonstruera den atomära geometrin vid det ögonblick då ETMD ägde rum och uppskatta hur sönderfallssannolikheten varierade längs olika vägar. (sciencedaily.com)
Den rekonstruerade ”filmen” avslöjade att atomerna inte förblev frusna i en enda konfiguration. Istället uppvisade trimern en tydlig, flackande rörelse som kontinuerligt omformade geometrin, vilket i sin tur påverkade både tidpunkten och utfallet av ETMD-processen. (sciencedaily.com)
”Vi kan bokstavligen se hur atomerna rör sig innan sönderfallet sker”, säger Florian Trinter, en av huvudförfattarna, i ett uttalande. ”Sönderfallet är inte bara en elektronisk process – det styrs av kärnrörelsen på ett mycket direkt och intuitivt sätt.” (sciencedaily.com)
Studien rapporterar att olika geometrier dominerar vid olika tidpunkter. Tidigt efter jonisering sker sönderfallet nära grundtillståndets geometri; vid intermediära tidpunkter rör sig en kryptonatom närmare neonatomen medan den andra driver iväg, en konfiguration som gynnar elektrondonation och långväga energiöverföring; och vid senare tidpunkter utforskar atomerna nästan linjära, högt distorderade konfigurationer som överensstämmer med en gungande, flackande rörelse. Författarna rapporterar att denna omformning kan göra att sönderfallshastigheten blir starkt tidsberoende och varierar med nästan en tiopotens beroende på geometri. (phys.org)
”Atomerna utforskar stora regioner av konfigurationsrymden innan sönderfallet slutligen sker”, säger senior författare Till Jahnke. ”Detta visar att kärnrörelsen inte är en mindre korrigering – den kontrollerar fundamentalt effektiviteten i icke-lokalt elektroniskt sönderfall.” (sciencedaily.com)
ETMD har väckt uppmärksamhet inom strålningskemi eftersom det effektivt kan generera lågenergielektroner, vilka allmänt anses bidra till kemiska skador i vätskor och biologiskt material. Forskarna menar att en kartläggning av hur ETMD beror på struktur och rörelse skulle kunna hjälpa till att förfina modeller för strålningseffekter i vatten och biomolekylära miljöer, samt underlätta tolkningen av ultrasnabba röntgenexperiment. (sciencedaily.com)
Resultaten publicerades i Journal of the American Chemical Society i en artikel med titeln ”Tracking the Complex Dynamics of Electron-Transfer-Mediated Decay in Real Space and Time.” (sciencedaily.com)
