Этот новый метод выравнивает молекулы более резко, чем это возможно для практически изолированных молекул молекул, находящихся в газовой фазе. Это связано с тем, что молекула, заключенная в очень холодную каплю, имеет такую же низкую температуру, что и сама капля, всего 0,4 кельвина или -272,75 градуса по Цельсию. Очень редко удается получить такие низкие температуры для молекул в газовой фазе, поэтому этот метод обещает открыть новый важный режим для исследований.В этом методе используется пара лазерных импульсов в так называемом методе накачки-зондирования.
Первый импульс выравнивает одиночную молекулу после того, как она попала в каплю гелия. Второй лазерный импульс, пробный импульс, используется для определения выравнивания, разрыва молекулы и разделения ее на ионы. Ионы разлетаются под определенными углами и могут быть обнаружены с помощью камеры, подключенной к компьютеру.
«Возможность контролировать выравнивание больших молекул — непростая задача, — сказал Хенрик Стапельфельдт из Орхусского университета, — потому что по мере увеличения размеров молекул становится все труднее перевести их в газовую фазу и охладить их».Исследователи изучили три системы: молекулы йода (I2), которые имеют простую линейную форму гантели, и две более сложные молекулы, состоящие из бензольных колец с атомами йода или брома, присоединенными к кольцу. Во всех трех случаях они достигли сильного выравнивания одиночной молекулы, заключенной в холодную каплю гелия, с помощью двухимпульсной техники.
Поскольку I2 имеет простую линейную форму, исследователи смогли лучше сравнить свои экспериментальные результаты с теоретическими предсказаниями. Это показало, что индуцированное лазером выравнивание молекул в каплях гелия было по существу идентичным выравниванию в газовой фазе, пока выравнивание выполнялось адиабатически или постепенно по отношению к откликам молекул.Для выполнения адиабатической юстировки первый лазерный импульс включается медленнее, чем собственный период вращения исследуемой молекулы. Это позволяет свободно вращающейся молекуле йода, скажем, строго выровняться с осью поляризации лазера, почти так же, как стрелка компаса выравнивается с магнитным полем Земли.
Будущие исследования будут сосредоточены на выравнивании более крупных и сложных молекул в этих каплях холодного гелия, что позволит ученым наблюдать за протекающими химическими реакциями в режиме реального времени. Стапельфельд объяснил, что возможно выровнять молекулы размером с белки.
«Капли гелия предлагают уникальные возможности, — сказал он, — для создания индивидуальных молекулярных комплексов, тем самым расширяя круг систем, которые можно изучать».