МОСКВА, 21 ноября. /ТАСС/. Международный коллектив физиков впервые всесторонне изучил то, как фуллерены - шарообразные структуры из шести десятков атомов углерода - разрушаются под действием мощной вспышки лазерного излучения. Эти наблюдения раскрыли неизвестные ученым физические процессы, замедляющие разрушение фуллеренов при слабой и средней мощности лазера, сообщила пресс-служба немецкого Института ядерной физики (MPIfK).
"Понимание того, как меняется структура сложно устроенных молекул под действием лазерного излучения, критически важно для разработки подходов, позволяющих управлять химическими реакциями при помощи интенсивных световых полей. Физики сделали первый шаг к этому в ходе теоретических и практических наблюдений за тем, как сверхмощный рентгеновский лазер LCLS разрушает знаменитые фуллерены", - говорится в сообщении.
Данные опыты были проведены группой американских, японских и европейских физиков под руководством профессора MPIfK Томаса Пфайфера в рамках проекта, нацеленного на изучение перспектив использования лазеров в управлении сложными химическими реакциями. В теории, вспышки света можно использовать для формирования и разрушения определенных химических связей, однако для этого нужно хорошо понимать то, как именно свет воздействует на молекулы на квантовом уровне.
В прошлом получению подобных сведений мешала скоротечность процессов, связанных с взаимодействиями лазерного излучения и молекул, однако ученым удалось обойти это ограничение, используя фуллерены. Эти трехмерные наноструктуры, похожие по форме на футбольный мяч и состоящие из 60 атомов углерода, обладают такой структурой связей, которая позволяет детально наблюдать за процессом распадом фуллеренов при помощи чередующихся вспышек инфракрасных и рентгеновских лазеров.
Опираясь на эту идею, физики проследили за тем, как менялась структура и свойства фуллеренов при взаимодействиях с вспышками лазеров слабой, средней и высокой мощности, составлявшей от 100 ТВт и до одного ПВт. Проведенные учеными замеры неожиданно указали на то, что теории, описывающие взаимодействия электронов и сильных световых полей, корректно работали лишь для самых мощных вспышек лазера, мгновенно разрушавших фуллерены.
При слабой и средней мощности лазера фуллерены "раздувались" и затем разрушались, а не циклически увеличивались и уменьшались, как это предсказывает теория, причем это разрушение происходило быстрее и не по тому сценарию, на который указывали расчеты. Это говорит о существовании пока неизученных физических процессов, ускоряющих "нагрев" фуллерена под действием луча лазера, изучение и раскрытие природы которых критически важно для разработки подходов, позволяющих управлять химическими реакциями при помощи лазеров.
О фуллеренах
Фуллерены представляют собой трехмерные углеродные наноструктуры, похожие по форме на полый шар и состоящие из нескольких десятков атомов углерода. Их существование было предсказано еще в 1971 и 1973 годах японскими и советскими химиками, однако впервые они были синтезированы лишь в 1985 году американскими и британскими химиками Робертом Керлом, Харольдом Крото и Ричардом Смолли, которые в 1996 году получили за это открытие Нобелевскую премию по химии.