Đồng hồ bấm giờ Proton đo lường sắp xếp lại phân tử

Các nhà nghiên cứu là người đầu tiên đo tốc độ đồng phân hóa của một phân tử

Kính hiển vi phản ứng để theo dõi sắp xếp lại phân tử © MPI cho vật lý hạt nhân
đọc to

Không thể xem trực tiếp cách một phân tử sắp xếp lại các thành phần của nó. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã lần đầu tiên thành công trong việc thu được cái gọi là đồng phân hóa này với một loại đồng hồ bấm giờ được làm bằng các xung ánh sáng cực tím và đo tốc độ sắp xếp lại với phân tử. Những phản ứng như vậy đóng một vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh học, như tầm nhìn, nhưng cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong công nghệ nano trong tương lai.

Các phân tử có cùng thành phần, nhưng có hình dạng hình học khác nhau, gọi các chất đồng phân hóa học. Sự đa dạng về dạng của các chất đồng phân cũng mang lại nhiều tính chất và chức năng khác nhau, sự thay đổi từ đồng phân này sang đồng phân khác đóng một vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh hóa. Tuy nhiên, những biến đổi đồng phân này không thể được quan sát trực tiếp. Do đó, tỷ lệ phản ứng đồng phân hóa chưa được biết.

Chuyển đổi đồng phân đo bằng đồng hồ bấm giờ EUV

Các nhà nghiên cứu do Robert Moshammer và Joachim Ullrich dẫn đầu từ Viện Vật lý hạt nhân Max Planck ở Heidelberg hiện đã đo thời gian cần thiết cho một phản ứng đồng phân hóa cụ thể. Họ đã nghiên cứu phân tử hữu cơ đơn giản acetylene (C2H2), bao gồm hai nguyên tử carbon liên kết với nhau, với mỗi nguyên tử hydro bị ràng buộc. Được cung cấp năng lượng kích thích cần thiết, một số phân tử được chuyển thành đồng phân vinylidene, trong đó cả hai nguyên tử hydro liên kết với một trong hai nguyên tử carbon và, không giống như acetylene, có cấu trúc phân tử uốn cong.

Với một loại đồng hồ bấm giờ được tạo ra từ các xung cực mạnh của tia cực tím (EUV), các nhà nghiên cứu ở Heidelberg hiện đã thành công trong việc đo thời gian của phản ứng chuyển đổi này. Các nhà khoa học đã đăng ký giá trị 52 +/- 15 femtos giây. Yuhai Jiang, người đã đánh giá và giải thích dữ liệu cho biết: "Kết quả rất phù hợp với các ước tính sơ bộ trước đây dựa trên các thí nghiệm gián tiếp không phát hiện được sự chuyển proton và thời gian ước tính trong khoảng từ 50 đến 100 giây, " Yuhai Jiang, người đã đánh giá và giải thích dữ liệu.

Thông tin quan trọng cho hóa sinh hoặc công nghệ

Thành công của các nhà nghiên cứu Heidelberg cho phép tiến bộ hơn nữa trong việc tìm hiểu động lực của lớp phản ứng này. Ví dụ, các phép biến đổi đồng phân sử dụng các sinh vật để lưu trữ năng lượng ánh sáng được hấp thụ ở dạng hóa học trước khi nó được tái sử dụng, như trong trường hợp của thị giác. Tuy nhiên, các đồng phân cũng có thể được sử dụng trong công nghệ: chuyển đổi qua lại giữa hai đồng phân, có độ dẫn điện khác nhau, có thể điều khiển dòng điện trong các mạch điện trong tương lai. Các công tắc có kích thước phân tử như vậy sẽ nhỏ hơn và nhanh hơn khoảng 100 lần so với các bóng bán dẫn trong chip máy tính ngày nay và sẽ cho phép thu nhỏ hơn nữa. (Vật lý, Rev. Lett., 105, 263002 (2010))

(Xã hội Max Planck, 14.01.2011 - NPO)