The scientists of the institute and their research partners showed that the chance of an electron to pass through a tunnel at the junction between a molecule and a light field, and the manner in which it will do so, depend to a large extent on the chirality of both the molecule and the light
האם אלקטרון החומק אל מחוץ למולקולה יתנהג אחרת אם היא "ימנית" או "שמאלית"?
ימין ושמאל משמשים כאן בהשאלה מסוימת, כדי להבחין בין מולקולות שבכל היבט אחר הן זהות כמעט לגמרי. ההבדל ביניהן הוא בתכונה הנקראת "כיראליות" – תופעה שמתגלה בכל סדרי הגודל בטבע, מחלקיקים אלמנטריים ועד גלקסיות. כיראליות קיימת בין היתר בכפות הידיים שלנו: אם נסובב את יד ימין, לא נוכל לחפוף בינה ובין תמונת הראי שלה – יד שמאל; זאת, בניגוד לאובייקטים בעלי סימטריית שיקוף – כמו למשל צורה של עיגול או לב.
New research של פרופ' Nirit Dudovitz and members of her group in the Department of Physics of Complex Systems at the Weizmann Institute of Science examines how chirality is manifested in the encounter between a molecule and a light field, which causes an electron to slip out of the molecule. The recently published study was conducted in collaboration with קבוצתו של פרופ' יאן מאיירס מאוניברסיטת בורדו in France.
But how does an electron escape from the molecule or atom in which it is found? The explanation for this comes from quantum mechanics, which describes how particles can cross barriers in a way that is not possible according to the laws of classical mechanics. This phenomenon, known as tunneling, explains, among other things, how under certain conditions an electron can go outside the atom or molecule to which it is bound.
דודוביץ מתארת זאת בדימוי ציורי: "אפשר לתאר את האלקטרון שנמצא באטום כאילו הוא מונח בתוך גביע גדול. כאשר קרינה חזקה מספיק פוגעת באטום, היא 'מכופפת' את שוליו של הגביע – והאלקטרון יכול לזלוג החוצה דרך המחסום ובכך לעבור מנהור". כאשר תופעה זו מתרחשת בהשפעה של שדה אור, היא מתפתחת בזמנים אולטרה-קצרים, הנמדדים ביחידות של אטו-שנייה – שהיא המיליארדית של המיליארדית של השנייה (1 בחזקת מינוס 18 של שנייה).
""כאשר מסובבים חבל, נוצר פיתול בחבל שמתקדם לאורכו. באופן דומה, אור כיראלי הוא שדה אלקטרומגנטי המסתובב תוך כדי ההתקדמות"
The process of tunneling from atoms has been studied in depth in the last decade, but Dudowitz and the group of researchers from Bordeaux raised a question that has not yet been answered in the existing studies: how is the tunneling process affected by the chirality of the molecule? Furthermore, they wanted to examine how the chirality of the light field affects the process.
כדי להסביר מהי כיראליות של שדה אור, דודוביץ נעזרת בדימוי של חבל: "כאשר מסובבים חבל, נוצר פיתול בחבל שמתקדם לאורכו. באופן דומה, אור כיראלי הוא שדה אלקטרומגנטי המסתובב תוך כדי ההתקדמות".
המדענים ביקשו לבחון את הרגע הייחודי שבו אור כיראלי פוגש מולקולה כיראלית, וכיצד המפגש הקצרצר ביניהם משפיע על המנהור של אלקטרון. "קישור כזה בין כיראליות למנהור לא נעשה בעבר", מציינת דודוביץ. לשם כך, הם יצרו אור בעל תכונות כיראליות מיוחדות – שדה שמסתובב בצורת "8". שדה האור הייחודי הזה משלב במהלך אחד סיבוב "ימין" וסיבוב "שמאל", ומשלים זאת בזמן מחזור אור אחד – כלומר במהלך תנודה אחת של גל האור, כמו של החבל שנע למעלה ולמטה.
In this way it is possible to test two chiral instances of light, and identify when the electron reacts and at what speed. XNUMXD simulations of the electron at the moment of leaving the atom completed the picture of the behavior of the tiny objects. The questions examined in the research are among other things: Will light with a certain chirality affect differently the behavior of an electron that will tunnel through a molecule with similar or opposite chirality? Within how long will the phenomenon occur? How does the chirality of the molecule affect the characteristics of the electron that will pass through the tunnel?
The results of the study confirmed the hypothesis: the chance of an electron to go through a tunnel and the way in which it will do so depend to a large extent on the type of chirality of the molecule and of the light. These results arouse interest in future studies, which will examine additional events that occur in ultrashort times and reveal more quantum phenomena in chiral molecules.
More of the topic in Hayadan:
