Aastal 1999 suutis Nobeli preemia laureaat Ahmed Zewail ultralühikeste laserimpulsside abil jälgida aatomite liikumist ja modelleeris selle põhjal keemiliste ühendite reaktsiooni protsessi. Sel hetkel oli elektronide liikumise jälgimine veel tulevikutsenaarium. Tänu hiljutistele lasertehnoloogia ja attosekund-spektroskoopia (1 attosekund = 10-18 s) arengutele on aga töö jõudsalt arenenud. Elektronide liikumise jälgimisega sai esimesena koos Kanada ja Prantsusmaa koostööpartneritega hakkama ETH professor Hans Jakob Wörner.
Pildil on kujutatud lagunemiseelse NO2 molekuli elektronkatte kaks võimalikku olekut ja kooniline lõige.
Töörühm kiiritas ülilühikeste ultravioletse valguse impulssidega lämmastikdioksiidi (NO2) molekule. Taoline molekuli ergastamine paneb elektronid liikuma. Elektronid korrastuvad ümber, mis põhjustab lühiajalise elektronkatte võnkumise. Elektronkatte võnkumine põhjustab omakorda molekuli võnkumise ja lämmastik-monooksiidiks ja hapnikuks lagunemise.
NO2 sobib elektronide liikumise jälgimiseks hästi, sest sama ruumigeomeetria juures saab molekuli elektronil olla kaks energeetilist olekut. Sellist nähtust kirjeldatakse tavaliselt koonilise lõikumisena (conical intersection). Kooniline lõikumine on fotokeemia seisukohalt väga oluline ja esineb looduslikes fotoprotsessides sageli. Näiteks tekib valguse sattumisel inimese silma võrkkesas elektronide liikumine, mille tõttu võrkkesta molekulid muudavad kuju. Kuju muutused kodeeritakse elektriimpulsside abil informatsiooniks ja edastatakse ajju. Koonilise lõikumise omapära on väga efektiivne elektronide liikumise üle kandumine aatomite liiklumisele.
Esimene kahest ultraviolettvalguse impulsist on nõrgem ja paneb elektronkatte võnkuma. Teine, tugevam impulss, lööb molekulist elektroni lahti, püüab selle siis kinni ja heidab molekuli suunas tagasi. Protsessi tulemusena kiirgub attosekundiline valgusimpulss, milles sialdub informatsioon molekuli elektronkatte jaotusest.
Taolist informatsiooni elektronide ja keemiliste protsesside iseloomu kohta varem hankida ei suudetud. NO2 põhjal tehtud katsed lubavad teha koos vastavate mudelitega olulisi fotokeemiliste protsesside üldistusi. Fotokeemia vastu on teadusmaailmas suur huvi, eelkõige seoses päikesepaneelide ja kunstliku fotosünteesiga.
Allikas: PhysOrg