Физики много лет исследуют атомные процессы, определяющие химические реакции, но раньше не могли увидеть движение электрона в режиме реального времени.
В недавно опубликованнойВ журнале Nature учёные из университета им. Падерборна и Института имени Фрица Габера в Берлине показали возможность наблюдения движения электронов в ходе химической реакции.
Электроны обладают размерами менее одной квадриллионной метра и совершают вращение вокруг атомов со скоростью, измеряемой в фемтосекундах. Врачи, интересующиеся их изучением… поведенияДля взаимодействия с электронами применяют лазерные импульсы. Можно определить энергию и импульс электронов, проанализировав свойства света, излучаемые ими под воздействием лазера.
Регистрация событий, происходящих на фемтосекундных масштабах, представляет сложность для исследователей: им необходимо возмутить систему лазерным импульсом и наблюдать в течение нескольких фемтосекунд. Достигнуть такого уровня разрешения трудно, так как фемтосекунды невероятно коротки: за них свет преодолевает всего 300 нанометров.
Раздражая валентные электроны атома – электроны, лазерный импульс действует на . находящиесяЗа пределами атома действуют частицы, способные участвовать в образовании химических связей и перестраиваться, создавая новые связи, что способствует формированию новых молекул. Из-за стремительности и обширности этих взаимодействий исследователи ранее могли лишь выдвигать гипотезы о механизме перестроек.
Для более глубокого изучения поведения электронов доктор Вольф Геро Шмидт из Университета Падерборн вместе с сотрудниками применил суперкомпьютер в Центре высокопроизводительных вычислений в Штутгарте для моделирования этого явления.
Группа из Института имени Фрица Габера обратилась к ним по поводу этого исследования, и они создали симуляцию. Теория предшествовала эксперименту, так как был сделан уже предсказание — и эксперимент его подтвердил.
Современные моделирование команды включает около тысячи атомов, способных при своих небольших размерах дать учёным возможность наблюдать. взаимодействияАтомы и их электроны — объект исследования. Команда из Падерборна смогла оптимизировать код благодаря сотрудничеству с командой Центра высокопроизводительных вычислений, что дало возможность работать параллельно на 10 тысячах ядрах. Шмидт отметил, что несмотря на то, что исследование покажет плодотворные результаты при работе с системами от 10 тысяч атомов, команда планирует изучать и более сложные системы.