Международный исследовательский коллектив с участием ученых Сибирского федерального университета нашел метод обеспечить высокую точность контроля молекулярного движения. Об этом сообщается на страницах журнала Nature Communications.

Средством проникновения в пространственную структуру квантовых состояний выступило рентгеновское излучение: авторы исследования использовали открытый ими же эффект пространственных квантовых ворот. В экспериментах с молекулами воды, которые находились под воздействием излучения, ученые рассмотрели колебательные движения атомов в серии возбужденных состояний. Этот эксперимент стал отправной точкой для исследования и теоретических обобщений.

Работали ученые с молекулой воды, и этот выбор определяется ее важным значением для физической химии и биологии. Эта молекула — очень удобный объект для исследования принципа пространственной селективности, позволяющего разбить сложное колебательное движение на отдельные элементарные режимы. В работе исследовалось резонансное рассеяние рентгеновских лучей через различные короткоживущие высоковозбужденные состояния молекул воды в газовой фазе (время жизни меньше триллионной доли секунды). Разная пространственная локализация этих возбужденных состояний играет ключевую роль в пространственной фильтрации молекулярных колебаний.

«Пространственные ворота — это эффект пространственного селектирования колебательных состояний, где фильтрация достигается в процессе рассеяния рентгеновского излучения через высоковозбужденные состояния с разной пространственной локализацией», — поясняет соавтор статьи Фарис Гельмуханов.

В перспективе этот результат несет массу прикладных эффектов в самых различных областях применения. Но фундаментальное исследование прежде всего значимо для изучения свойств материалов, в частности для управления различными химическими реакциями. Разработанный механизм фильтрации колебательных режимов с помощью резонансного рентгеновского рассеяния в дальнейшем может быть применен для более сложных систем с возможным применением в фотохимии и биофизике.

Результаты работы стали возможны благодаря использованию современной экспериментальной техники, а именно специальному источнику рентгеновского излучения — синхротрону — в Швейцарии. Группа ученых уже приступила к работе над следующей задачей исследования — изучить такими же методами молекулы воды в ее «жидком» состоянии.