La maggior parte di ciò che sappiamo sui legami chimici deriva dallo studio delle molecole a riposo. Ma quando le molecole assorbono la luce, gli atomi che le costituiscono iniziano a vibrare, modificando rapidamente la forma dei loro legami chimici. Ciò può alterare drasticamente il modo in cui le molecole reagiscono tra loro.
Studiare la dinamica degli atomi su queste scale temporali ultraveloci è stato difficile, ma negli ultimi anni nuove sorgenti di raggi X hanno aperto nuove possibilità. Presso il laser a elettroni liberi a raggi X Linac Coherent Light Source (LCLS) presso lo SLAC National Accelerator Laboratory di Menlo Park, in California, gli scienziati hanno sviluppato una tecnica innovativa chiamata spettroscopia fuori risonanza ad alta risoluzione energetica, o HEROS.
Si tratta del passaggio di elettroni ad alta energia che sono stati sincronizzati con un impulso laser attraverso le molecole oscillanti e quindi dell'analisi di come gli elettroni vengono dispersi a vari angoli. Ciò consente ai ricercatori di osservare direttamente come cambiano le lunghezze e gli angoli dei legami chimici delle molecole in tempo reale.
In un esperimento di prova, il team ha studiato le molecole di monossido di carbonio colpite da un impulso laser a femtosecondi allo SLAC. Gli esperimenti hanno misurato, in tempo reale, i cambiamenti dipendenti dal tempo nella lunghezza del legame carbonio-ossigeno dopo che la luce è stata assorbita.
"Vogliamo capire come l'energia fluisce tra le diverse parti della molecola", ha detto Giulia Pinardi, ricercatrice post-dottorato presso lo SLAC e autrice principale di uno studio pubblicato su Physical Review Letters il 17 dicembre. scala temporale, può influenzare ciò che la molecola finisce per fare."
In questo caso, il monossido di carbonio vibra dopo l'assorbimento della luce, il che impedisce alla molecola di dissociarsi in atomi di carbonio e ossigeno liberi. Catturando questo movimento in dettaglio, il team potrebbe imparare molto su come le vibrazioni molecolari influenzano la reattività chimica.
In futuro, il team prevede di utilizzare la tecnica HEROS per sondare movimenti molecolari più specifici. Vogliono anche seguire le reazioni chimiche in molecole più complesse che potrebbero essere rilevanti per la progettazione di nuovi farmaci o materiali.
"HEROS è essenzialmente come la fotografia stroboscopica", ha affermato il coautore Mike Minitti. "Possiamo scattare una serie di istantanee con un laser a raggi X per osservare i movimenti mentre una reazione procede. È qualcosa di nuovo ed è una testimonianza dell'uso del laser a raggi X."
