Rejestrowanie dynamiki emisji elektronów

Kosmos jest złożony ze stałej liczby pierwiastków, które tworzą różne rodzaje cząstek. Cząstki te nie są stałe i niezmienne — są stale w ruchu: od aktywności elektronów i jąder do złożonych zmian konformacyjnych 3D. Dynamika cząstek wpływa na właściwości materiałów i funkcje systemów biologicznych, a stany przewzbudzenia to okno na mechanizmy mechaniki kwantowej.

Takich stanów nie da się inicjować w cząstkach neutralnych w stanie podstawowym z użyciem konwencjonalnych laserów femtosekundowych, których możliwości są ograniczone możliwą długością fali. Naukowcy pokonali tę przeszkodę, inicjując takie stany w szybkich wiązkach jonów ujemnych lub metastabilnych indywiduach neutralnych, które są energetycznie bliższe stanom przewzbudzenia. Było to możliwe dzięki sfinansowaniu przez UE projektu EXTREME DYNAMICS ("Time resolved superexcited state dynamics").

Specjalnie stworzony laser został wyposażony w układ kształtowania impulsu w celu kontrolowania i optymalizowania fazy spektralnej ultraszybkich pulsów. Stworzono również instalację do emisji szybkich wiązek jonowych w celu wytworzenia anionów molekularnych i klastrowych (ujemnie naładowanych indywiduów wytworzonych przez dodanie elektronów do cząstek neutralnych).

Następnie zespół dołączył do instalacji system do spektroskopii fotofragmentów. System ten wykorzystuje układ obrazowania o bardzo wysokiej rozdzielczości oraz przetwornik czas-liczba. Wyposażenie to mierzy czas uderzenia fragmentów w detektor płytkowy z mikrokanałami oraz pozycje 2D fragmentów na detektorze. Specjalny spektrometr umożliwia separację produktów.

Zastosowanie takiej instalacji pozwoliło odkryć nowy scenariusz wielokrotnego oddzielenia. W niektórych przypadkach co najmniej dwa elektrony są wyrzucane z anionu macierzystego (ujemnie naładowanej cząstki). Utrata nadmiarowych elektronów, które zapewniały cząstce ujemny ładunek, wraz z co najmniej jednym dodatkowym elektronem, powoduje powstanie kationów (dodatnio naładowanych cząstek). Wykorzystując nowo skonstruowaną aparaturę, naukowcy scharakteryzowali nowy, wysoko wydajny niesekwencyjny mechanizm i wykazali, że jest różny od dobrze znanego mechanizmu podwójnej jonizacji układów neutralnych.

Postępy uzyskane w projekcie EXTREME DYNAMICS doprowadziły do licznych publikacji i stworzenia nowego kursu w instytucji goszczącej, a także warsztatów i seminariów w innych instytucjach. Wyniki projektu pomogą w modelowaniu, przewidywaniu i w efekcie kontrolowaniu wyników reakcji chemicznych.