Je leest:

Attosecondelaser biedt kijkje in molecuul

Attosecondelaser biedt kijkje in molecuul

Auteur: | 11 juni 2010

De wetenschap is er voor het eerst in geslaagd de bewegingen van elektronen te volgen in een chemische reactie. Met een attosecondelaser hebben Europese onderzoekers gezien hoe een elektron het molecuul waterstof verlaat. De nieuwe techniek biedt in de toekomst mogelijkheden tot het ontrafelen van andere elementaire reacties.

In bijna alle chemische reacties, van het roesten van een spijker tot het blonderen van je haar, vindt een verplaatsing van elektronen plaats. Elektronen bewegen zich alleen razendsnel en het lukte wetenschappers daarom niet om ze te volgen in het molecuul. Dankzij de attosecondelaser kan dit nu wel. Deze week publiceerden wetenschappers uit Amsterdam in samenwerking met Europese collega’s in het vakblad Nature hun meetresultaten aan de beweging van elektronen in het molecuul waterstof.

Met behulp van een attosecondelaser kunnen elektronen worden gevolgd in een molecuul.

De attosecondelaser werkt op de tijdschaal van een miljardste van een miljardste van een seconde. Pulsen van deze laser flitsen met een duur en frequentie op de attoseconde tijdsschaal. Met deze lichtflitsen zijn de vliegensvlugge elektronen vastgelegd. Net zoals een fotocamera de beweging van een sprinter op volle snelheid kan vastleggen. Met oudere lasers konden onderzoekers ‘slechts’ de bewegingen van atomen en moleculen volgen.

Gebroken molecuul

Onderzoekers voerden een zo simpel mogelijk experiment uit als eerste moleculaire experimentele toepassing van de nieuwe laser. Ze keken naar de ionisatie van waterstof. Bij een ionisatie wordt als het ware een elektron uit het molecuul geschoten. Het molecuul waterstof werd uitgekozen, omdat dit het simpelste molecuul uit de natuur is met slechts twee elektronen.

Wetenschapper Freek Kelkensberg legt het experiment uit: “Eerst schenen we met de laser op een waterstofmolecuul. De laser gaf voldoende energie om een elektron uit zijn baan in het molecuul te slaan – het molecuul ioniseerde. Daarna braken we het molecuul in twee stukken met een infrarode laserpuls om te zien hoe het overgebleven elektron zich had verdeeld over het molecuul. Aangezien er een negatief geladen elektron uit waterstof verdwenen was, was het ene deel van het molecuul positief geladen en het andere, daar waar het elektron zich bevond, neutraal. We konden het elektron volgen door naar de ladingsverdeling in het gebroken molecuul te kijken.”

Een artistieke weergave van de beweging van het overgebleven elektron in waterstof tijdens de breuk, zie de groene bolletjes. Het elektron begint op het linkeratoom, wat te zien is aan de grootte van het groene bolletje. Vervolgens verplaatst het elektron zich tussen beide atomen en eindigt op het linkeratoom als de atomen zijn gebroken. Het golfpatroon in de afbeelding is de data waaruit de wetenschappers deze informatie haalden.

Berekening

Om de metingen beter te kunnen interpreteren werd een groep theoretici van de universiteit van Madrid bij het project betrokken om het experiment theoretisch te simuleren. Deze berekening bleek nog een behoorlijke klus. Dr. Felipe Morales uit Madrid: “We hebben anderhalf miljoen uur computertijd nodig gehad om het probleem te begrijpen, en hebben echt de limieten van de supercomputers van dit moment bereikt!”

De berekening ondersteunde de experimentele data, maar bracht ook nog een ander verrassend inzicht. Zo bleek dat het verwijderde elektron nog steeds invloed had op het overgebleven elektron in het molecuul. Ongeveer zoals een keuken die na een heerlijk avondmaal nog naar eten ruikt terwijl de afwas al is gedaan.

Het onderzoek staat op dit moment nog in de kinderschoenen. Projectleider Marc Vrakking van het FOM-instuut AMOLF: “We hebben niet – zoals we oorspronkelijk verwachtten – het probleem volledig opgelost. Integendeel, we hebben slechts een deur geopend naar veel meer nieuwe vragen. Echter, dat maakt het werk des te belangrijker en interessanter.” De nieuw ontwikkelde techniek kan zorgen voor een beter begrip van chemische reacties. Daardoor wordt het in de toekomst bijvoorbeeld mogelijk om reacties beter te voorspellen.

Bron

G. Sansone et al.,Electron localization following attosecond molecular photoionization”, Nature 465, p. 763-767, 10 juni 2010

Lees meer:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 11 juni 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.