تجزیه تحریکی فولرن‌های C₆₀ که به‌صورت زمان واقعی توسط دوربین ایکس‌ری ثبت شد
توسط انجمن ماکس پلانک
ویرایش شده توسط گابی کلارک، بازنگری شده توسط رابرت ایگان
یادداشت‌های سردبیران
این مقاله بر اساس فرآیند و خط‌مشی‌های سردبیری Science X مورد بررسی قرار گرفته است. سردبیران ویژگی‌های زیر را برجسته کرده‌اند تا از صحت محتوا اطمینان حاصل شود:
- بررسی صحت
- مقاله داوری همتا
- منبع معتبر
- بازبینی دقیق
درک دینامیک‌های پیچیده چندبدنی در مولکول‌های پلی‌اتمی که توسط لیزر هدایت می‌شوند، برای هر تلاشی که در صدد هدایت واکنش‌های شیمیایی با بکارگیری میادین نوری پرشدت باشد، حیاتی است. پالس‌های ایکس‌ری فوق‌کوتاه و پرتوان از لیزرهای آزاد الکترونی مبتنی بر شتاب‌دهنده (FELها) اکنون امکان مشاهده مستقیم بازآفرینی شدید مولکول‌ها توسط میادین لیزری را فراهم می‌کنند.
یک مولکول نمونه، فولرن مشهور شکل‌دار به «توپ فوتبال» – «باکمینست‑فولرن» C₆₀ – به‌صورت تجربی و نظری توسط فیزیک‌دانان دو مؤسسه ماکس پلانک، مؤسسه فیزیک هسته‌ای (MPIK) در هایدلبرگ و مؤسسه فیزیک سامانه‌های پیچیده (MPI‑PKS) در درسدن، به‌همراه همکاری گروه‌های مؤسسه مکس بورن (MBI) در برلین و دیگر مؤسسات از سوئیس، ایالات متحده و ژاپن مورد بررسی قرار گرفت.
برای اولین بار، آزمایشی که در منبع نور همگرا لیناک (LCLS) از آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده SLAC انجام شد، قادر بود دینامیک‌های مولکولی تحت هدایت لیزر قوی در C₆₀ را به‌طور مستقیم تصویربرداری کند.
این کار در نشریه Science Advances منتشر شده است.
نمودار فوق نتایج را از حالت «کم» (1×1014 W/cm2)، «متوسط» (2×1014 W/cm2) تا «قوی» (8×1014 W/cm2) نشان می‌دهد. پارامترهای R و A به‌صورت نسبی نسبت به مقادیر در تأخیرهای منفی بیان شده‌اند، که در این حالت پالس ایکس‌ری پیش از پالس مادون‌قرمز می‌رسد و یک C₆₀ سالم را تصویربرداری می‌کند.
تغییرات زمانی مولکول (گسترش، تغییر شکل، تکه‌تکه شدن) که از محاسبات مدل انجام‌شده در MPI‑PKS حاصل می‌شود، در فیلم‌های مربوط به شدت‌های مختلف قابل مشاهده است. در اینجا، الکترون‌های آزاد شده از مولکول و تحت تأثیر میدان لیزر به‌صورت توپ‌های کوچک آبی نشان داده شده‌اند.
در شدت‌های کم، مولکول ابتدا گسترش می‌یابد و پس از آن تجزیه‌ای جزئی آغاز می‌شود؛ این امر توسط کاهش تاخیری و نسبی آمپلیتود گینیِر نشان داده می‌شود. در شدت‌های متوسط، گسترش به‌دنبال کاهش شعاع تصویر شده توسط ایکس‌ری می‌آید. این نشانهٔ پراکندگی ذرات کوچک با کاهش کمی تاخیر‌دار آمپلیتود گینیِر مطابقت دارد که نشان می‌دهد بخش عمده‌ای از مولکول‌ها پیشاپیش از هم پاشیده‌اند.
در بالاترین شدت، گسترش سریع و به‌هم‌زمان کاهش آمپلیتود گینیِر در لبهٔ پیشرو پالس لیزر قوی ظاهر می‌شوند و تقریباً تمام الکترون‌های والانس بیرونی (باندینگ) را حذف می‌کنند. این پیامد ناشی از «ضربه» شدید لیزر نیز توسط محاسبات مدل بازتولید شده است.
اما در شدت‌های کم و متوسط تنها توافق کیفی جزئی با آزمایش دیده می‌شود. به‌ویژه، مدل رفتار نوسانی را هم در شعاع و هم در آمپلیتود پیش‌بینی می‌کند که ناشی از «نفس‌کش» دوره‌ای مولکول است (نگاه کنید به فیلم‌ها)؛ اما این پدیده در داده‌های مشاهده‌شده به‌طور کامل غایب است.
اجرای یک مکانیزم گرم‌سازی فوق‌سریع که بر موقعیت‌های اتمی مولکول تأثیر می‌گذارد، منجر به توافق بهتر با آزمایش شد و نشان می‌دهد که برای درک بهتر و در نهایت هدایت تعاملات لیزر پرتوان با ماده، کارهای بیشتری هم به‌صورت تجربی و هم نظری مورد نیاز است.
دینامیک چندالکترونی که توسط میادین لیزر پرقدرت هدایت می‌شود، همچنان برای توصیف نظری چالشی بزرگ محسوب می‌شود؛ زیرا در حال حاضر امکان اجرای یک تحلیل کامل کوانتومی وجود ندارد.
بنابراین، فیلم‌های ایکس‌ری از دینامیک‌های ساختاری همچون این مورد در C₆₀، بستر آزمایشی ایده‌آلی برای درک فرآیندهای بنیادی کوانتومی در سامانه‌های مولکولی با ابعاد و پیچیدگی افزایشی هستند و راه ما را به سوی کنترل واکنش‌های شیمیایی با میادین لیزری روشن می‌سازند.
اطلاعات بیشتر: Kirsten Schnorr و همکاران، «تصویربرداری از تجزیه مولکولی القایی توسط میدان قوی در C₆₀ از طریق پراش ایکس‌ری»، Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adz1900. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz1900
اطلاعات نشریه: Science Advances
ارائه شده توسط انجمن ماکس پلانک
استناد: تجزیه تحریکی فولرن‌های C₆₀ که به‌صورت زمان واقعی توسط دوربین ایکس‌ری ثبت شد (۲۱ نوامبر ۲۰۲۵) بازخوانی شده در ۲۴ نوامبر ۲۰۲۵ از https://phys.org/news/2025-11-laser-fullerenes-caught-real-ray.html