科學家觀察到能量在吸收光後如何立即透過分子移動。這表明每個原子可以記錄不同的部分。變化很多
研究人員利用歐洲 XFEL 生產的快速 X 射線閃光，追蹤了特定原子在分子發射和重新分配吸收能量時的變化。結果表明，暴露在光下可以使原子對鄰近原子的運動更加敏感。
這項技術使科學家能夠在原子層面上即時監測非常快速的化學反應。這最終可能會增進我們對 DNA 如何抵抗光的理解。能量如何穿過旨在收集光的材料？基本的光驅動過程是如何發生的？
透過分子追蹤能量
研究人員研究了3-氟吡啶，它是一種同時含有氮原子和氟原子的環狀小分子。
當分子吸收短紫外線雷射脈衝的能量時，其電子進入更高的能態。然後該分子迅速彎曲遠離其正常的平面結構。
當它改變形狀時，它將穿過科學家所說的圓錐形交叉點。這是一個短暫但非常重要的十字路口。電子的運動與原子的核心緊密相連。這些交叉點在光催化的許多反應中發揮重要作用。這是因為它允許能量在電子運動和結構運動之間快速移動。
穿過該區域後，分子返回基態。多餘的電子能轉化為穿過分子結構的振動。
不同的原子表現出不同的變化。
能量轉換在分子內的不同位置產生清晰的訊號。氟原子是分子振動如何隨時間鬆弛的相對清晰的指標。
氮原子講述了一個更複雜的故事。這是由於它們在傳統電子刺激中發揮更直接的作用。因此，它們的訊號反映了電子的分佈和分子結構的變化。
該研究的合著者、馬德里材料科學研究所高級科學研究委員會 (ICMM-CSIC) 的安東尼奧·皮孔 (Antonio Picón) 表示：“我們現在可以看到，在我們從 X 射線脈衝捕獲的信號中，並非每個原子都講述著相同的故事。” “一些原子報告電荷的去向。而其他原子則揭示所有分子如何振動。”
重建皮秒變換
為了捕捉這個過程，團隊在歐洲 XFEL 小型量子系統 (SQS) 儀器上使用了時間分辨 X 射線光電子能譜 (tr-XPS)。
首先，紫外線雷射脈衝將能量傳遞給分子。精心定時的軟 X 射線脈衝通過去除氮或氟原子中深度鍵合的電子來將它們電離。
研究人員用不同延遲的 X 射線脈衝重複測量。在初始雷射脈衝之後多次。透過記錄發射電子的能量，他們在周圍創造了一個化學環境。每個原子在短短幾皮秒內就會改變。 （兆秒）
然後使用先進的電腦模擬和理論模型來解釋實驗訊號並將其與重要的電子和結構變化聯繫起來。
超快光化學的新視角
這項發現展示了歐洲 XFEL 的超短、高亮度 X 射線脈衝如何隔離物質中最快的相互關聯的運動。
儘管實驗集中在相對簡單的分子，但相同的方法可以應用於更複雜的系統。可能的目標包括功能性有機分子。旨在捕獲或轉移光能的生物分子結構和材料。
前儀器科學家 Daniel Rivas 表示：「這就是歐洲 XFEL 的設計目的：觀察起源、特定原子位置和自然時間尺度上的化學變化。」目前是 SQS 的訪問科學家和該研究的合著者，他說：「通過將多靈敏度與飛秒分辨率相結合，我們正在為控制光化學的微觀機制打開一扇新的微觀窗口。
