Je leest:

Laser stuurt chemische binding

Laser stuurt chemische binding

Met een speciale lasergolf dresseren Nederlandse en Duitse natuurkundigen een chemische reactie in een deuteriumion. Door de beweging van een gedeeld elektron tussen de twee kernen zwaar waterstof te beïnvloeden controleren ze precies hoe het ion uit elkaar valt. De onderzoekers publiceren hun resultaten op 14 april in het blad Science.

Dr. Matthias Kling, postdoc aan het Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica in Amsterdam (AMOLF) kan met extreem korte lichtgolven chemische reactieproducten hun plek wijzen. Met extreem snel golvend laserlicht zorgt Kling ervoor dat een klein molecuul uit elkaar valt en stuurt hij de brokstukken precies waar hij ze hebben wil.

Onder invloed van een ultrakorte, intense lasergolf, beweegt het elektron (blauwe wolk) heen en weer tussen de twee deuteriumionen (bolletjes). Als het molecuul door de verstoring uiteenvalt blijft het elektron gebonden aan een van de twee deuteriumionen. De onderzoekers kunnen kiezen aan welk van de twee ionen het vastplakt en welke kant die twee deeltjes opvliegen. bron: Kling et. al., Control of Electron Localization in Molecular Dissociation, Science (14 April 2006).

Kling’s team experimenteerde met een molecuul van twee deuteriumatomen, dat onder invloed van zijn laser uit elkaar valt in een geladen en een neutraal deeltje. In het molecuul D2+ delen twee positief geladen kernen zwaar waterstof één elektron, dat de twee kernen als een elektrische lijm bij elkaar houdt. Een puls laserlicht laat het molecuul uiteen vallen in het geladen D+ en het neutrale atoom D. Dat laatste deeltje krijgt de voogdij over het gezamenlijke elektron.

Door zijn lasergolf op een speciale manier te richten ( polariseren) zorgt Kling ervoor dat de twee deeltjes na de reactie altijd op dezelfde manier uit elkaar vliegen. Daardoor kan hij bepalen waar het geladen D+ terecht komt. Door zijn positieve lading is het D+ chemisch actief en kan het makkelijk vervolgreacties aangaan. Via hun lasersturing kunnen de onderzoekers bepalen waar en met welke andere stoffen het deeltje reageert, of zelfs zorgen dat het een richting op vliegt waar geen reactiepartners zitten.

Een deuterium-atoom bestaat uit een proton (positief geladen kerndeeltje), neutron (ongeladen kerndeeltje) en een eromheen cirkelend elektron (negatief geladen). Deuterium staat beter bekend als zwaar waterstof; ‘normaal’ waterstof bevat geen neutronen in de atoomkern. Een deuterium-ion mist het negatief geladen elektron en is daardoor positief geladen.

Kling gebruikt in zijn experiment intense laserpulsen van een femtoseconde lang (zo kort dat zelfs het ultrasnelle licht er nog geen micrometer in kan reizen). Zulke laserflitsjes oefenen op elektronen evenveel kracht uit als een atoomkern. Daardoor kan de laserpuls een elektron binnen een molecuul rondduwen. Om die kracht op een gecontroleerde manier uit te oefenen zijn laserpulsen nodig van een nauwkeurig voorgeschreven golfvorm.

Aan het begin van Kling’s experiment zit het elektron als elektrische brug tussen de twee deuteriumionen. Zo houdt het elektron beide ionen bij elkaar. De laserpuls stuurt het elektron afwisselend naar het rechter- of linkeratoom en verzwakt de binding tussen de twee atomen; het molecuul begint uit elkaar te vallen. Op het moment dat het molecuul daadwerkelijk in twee fragmenten uiteenvalt, kiest het elektron een van de beide deuteriumionen om zich permanent aan te binden.

Zulke gedetailleerde controle over chemische reactieproducten is nooit eerder vertoond. Mogelijke toepassingen zijn in nano-electronica, waarin de bewegende elektronen informatie voorstellen, of in het controleren van grote, ingewikkelde chemische reacties. Kling werkte in het onderzoek samen met onderzoekers van AMOLF, het Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) in Garching en de universiteiten van Bielefeld en Hamburg.

Dit artikel is een publicatie van Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM).
© Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 12 april 2006

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.