Wypełnianie luk w dynamice molekularnej

Interakcje występujące wśród elektronów oraz między elektronami a jądrami opisuje równanie Schrödingera dla wielu cząstek, które jest zwykle zbyt złożone, by było możliwe jego rozwiązanie. Przybliżenie Borna-Oppenheimera stosowane do uproszczenia interakcji między elektronami a jądrami przestaje się sprawdzać, gdy dochodzi do przecięcia stożkowego dwóch płaszczyzn energii potencjalnej. Zlokalizowanie i scharakteryzowanie takich przecięć stożkowych ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia różnorodnych reakcji chemicznych.

Finansowany ze środków UE projekt XBEBOA zajął się badaniem dynamiki molekularnej niektórych pierwiastków i związków chemicznych, których nie da się opisać z wykorzystaniem przybliżenia Borna-Oppenheimera. Projekt XBEBOA rozwija nowoczesną metodę ultraszybkiej spektroskopii dwuimpulsowej, wykorzystując nowatorskie instalacje szybkiej fotospektrokopii pozwalające sondować ultraszybką dynamikę molekularną z użyciem promieniowania w zakresie skrajnego ultrafioletu i miękkiego promieniowania rentgenowskiego.

Wśród dotychczasowych osiągnięć projektu należy wymienić zbudowanie instalacji z siatką przejściową w skrajnym ultrafiolecie i zastosowanie jej do badania fotoindukowanych przejść fazowych w tlenku wanadu. Stworzona instalacja jest elastyczna i opiera się na komercyjnym systemie laserów. Generowanie wysokich składowych harmonicznych w gazach szlachetnych powoduje powstawanie światła w skrajnym ultrafiolecie, które jest następnie używane do szybkiej fotospektrokopii. Opracowano wbudowane narzędzie monitorujące do pomiaru strumienia światła w skrajnym ultrafiolecie dla każdego ujęcia, umożliwiające korygowanie fluktuacji podczas rejestrowania danych.

Pierwsze wyniki na próbkach tlenku wanadu wykazują, że światło w skrajnym ultrafiolecie w pobliżu krawędzi M (pobudzonych elektronów) wyraźnie odróżnia się od wyników sondowania bez rezonansu przy niższych energiach fotonów.

Ponadto zainstalowano i wprowadzono do użytku instalację do szybkiej spektroskopii fotoemisyjnej (PES). Technikę tę zastosowano do badania próbek cząsteczek gazu pobudzonych światłem w skrajnym ultrafiolecie i pozwala ona przezwyciężyć ograniczenia najlepszych dotychczasowych metod spektroskopii PES. Wyniki uzyskane dla perylenu wykazały istotne rozbieżności między użyciem światła w skrajnym ultrafiolecie a metodą multifotonową w podczerwieni.

Zrozumienie dynamiki molekularnej na przecięciach stożkowych powinno przyczynić się do lepszego poznania fundamentalnych aspektów naszego istnienia oraz doskonalenia strategii badań nad czystą energią. Opis instalacji i wyniki projektu opublikowano już w czasopismach naukowych, a obecnie trwają prace nad co najmniej sześcioma kolejnymi artykułami naukowymi.