Ученые из MIT и Сеульского университета исследовали поведение молекулы аммиака в матрице аргона в сильных электрических полях напряженностью до 200 миллионов вольт на метр.

Оказалось, что в полях напряженностью выше 47 миллионов вольт на метр переходы между колебательными уровнями, благодаря которым молекула могла выворачиваться, не наблюдаются, так как внешнее поле ориентировало молекулу и дестабилизирует вывернутое состояние. Исследование, которое поможет лучше понять влияние электрических полей на поведение молекул, опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Молекула аммиака представляет собой треногу, в вершине которой находится атом азота. Подобно зонту на ветру, она может выворачиваться, и атом азота в этом случае оказывается по другую сторону плоскости, в которой находятся атомы водорода. Энергетический барьер, который разделяет два этих идентичных стационарных состояния достаточно высокий (около двух тысяч обратных сантиметров), однако колебания все равно наблюдаются, даже если энергии недостаточно, так как молекула способна туннелировать сквозь барьер и переходить в инвертированное состояние.

Для изучения нестабильных частиц или отдельных молекул удобно использовать метод матричной изоляции. При очень низких температурах (единицы кельвинов) исследуемые частицы оказываются изолированы друг от друга атомами инертного газа, и не взаимодействуют. Аммиак в подобных матрицах ведет себя аналогично поведению в газовой фазе, свободно вращается, однако существенно заполнены только низшие вращательные уровни.

Янгвук Парк (Youngwook Park) с коллегами из Сеульского университета проверили, будет ли происходить инверсия аммиака в поле сильного электрического поля.