Авторы исследования, применяя методику сверхбыстрой лазерной спектроскопии, установили, что квантовые колебания создают пути для переноса.
Американские химики из Принстонского университета представили свежие данные, подтверждающие значимость квантовых колебаний в процессе переноса электронов. Результаты этого исследования были опубликованы в статье, опубликованная в издании Nature Chemistry, это может стать значительным шагом в понимании механизмов преобразования солнечной энергии.
Авторы исследования, применив методику сверхбыстрой лазерной спектроскопии, установили, что квантовые колебания создают пути для переноса частиц. В ходе эксперимента ученые стремились отделить те колебательные когерентности, непосредственно влияющие на перенос электронов, из множества возникающих под воздействием лазерного излучения. Использование коротких лазерных импульсов в методике сверхбыстрой спектроскопии позволило синхронно фиксировать все светопоглощающие объекты, что обеспечило возможность изучать процесс переноса без помех.
Согласно результатам исследований, время протекания реакции переноса составляет приблизительно 30 фемтосекунд, что существенно отличается от современной теории Маркуса, которая описывает процесс переноса электрона в полярных растворителях в квазиклассических условиях. Как отметил ведущий автор статьи Шахнаваз Рафик, ученые выявили уникальную последовательность квантово-механических событий, разворачивающуюся в ходе реакции переноса электрона за крайне короткий промежуток времени.
Согласно описанию Рафика, наблюдаемые явления характеризуются утратой фазовой когерентности в высокочастотных колебаниях, за которой следует кратковременное восстановление фазовой когерентности в вибрациях высокой частоты. Кроме того, авторы исследования выявили наличие у продукта реакции переноса электрона дополнительного волнового пакета – совокупности волновых характеристик, локализованных в пространстве и времени – который отсутствует у исходных реагентов. На основании этого ученые пришли к заключению, что последовательность структурных изменений молекул в ходе реакции определяется частотами колебательных мод.
«По мнению многих специалистов, волновой пакет можно создать только при помощи фотонного импульса, — отмечает один из авторов исследования Бо Фу. — Однако в данном случае мы наблюдали волновой пакет, формирование которого, по всей видимости, не связано с таким импульсом. Моделирование квантовой динамики позволило установить, что волновой пакет образовался в результате реакции переноса электрона».
Проведя сравнение, химики обнаружили, что генерация волновых пакетов при переносе электрона аналогична процессу растяжения вибрирующей пружины до достижения устойчивого состояния, в котором амплитуда колебаний пружины значительно возрастает по сравнению с ее новым равновесным положением. Этот механизм синхронизированных колебаний молекулярной структуры позволяет подавлять повторение переноса частицы в когерентном режиме.
В предыдущих публикациях мы сообщали о результатах экспериментов, проводимых на Большом адронном коллайдере выявили отклонение от Стандартной модели и о способе сделать квантовые состояния длительнее в десять тысяч раз.