Kemiska reaktioner innebär nödvändigtvis att molekyler kommer samman, och hur de interagerar kan bero på hur de är i linje med varandra. Genom att känna till och kontrollera inriktningen av molekyler, mycket kan läras om hur kemiska reaktioner uppstår. Denna vecka i Journal of Chemical Physics , forskare från Aarhus universitet i Danmark och Institute of Science and Technology i Österrike rapporterar om en ny teknik för att anpassa molekyler med hjälp av lasrar och mycket kalla droppar helium.

Denna nya metod justerar molekyler skarpare än vad som är möjligt för de väsentligen isolerade molekylerna hos dem i gasfasen. Detta beror på det faktum att en molekyl inbäddad i en mycket kall droppe delar samma låga temperatur som droppen själv, bara 0,4 kelvin, eller -272,75 grader Celsius. Det är bara sällan möjligt att få så låga temperaturer för molekyler i gasfasen, så denna teknik lovar att öppna en betydande ny regim för studier.

Metoden använder ett par laserpulser i det som kallas en pumpsondmetod. Den första pulsen riktar in den enda molekylen när den har deponerats i en heliumdroppe. Den andra laserpulsen, sondpulsen, används för att bestämma inriktningen, spränga isär molekylen och dela den i joner. Jonerna flyger iväg i specifika vinklar och kan detekteras med en kamera kopplad till en dator.

"Att kunna styra inriktningen av stora molekyler är ingen enkel bedrift, "Henrik Stapelfeldt från Aarhus University sa, "för när molekyler växer i storlek blir det allt svårare att få dem in i gasfasen och kyla dem."

Utredarna studerade tre system:jod (I2) molekyler, som har en enkel linjär hantelform, och ytterligare två komplexa molekyler bestående av bensenringar med antingen jod- eller bromatomer fästa vid ringen. I alla tre fallen, de uppnådde stark inriktning av en enda molekyl inbäddad i en kall heliumdroppe med tvåpulstekniken.

Eftersom I2 har en enkel linjär form, utredarna kunde bättre jämföra sina experimentella resultat med teoretiska förutsägelser. Detta avslöjade att laserinducerad inriktning av molekyler i heliumdroppar var väsentligen identisk med den i gasfasen, så länge justeringen gjordes adiabatiskt, eller gradvis med avseende på molekylernas svar.

För att utföra adiabatisk inriktning, den första laserpulsen slås på långsammare än den inneboende rotationsperioden för molekylen som studeras. Detta tillåter en fritt roterande jodmolekyl, säga, att kraftigt anpassa sig till laserns polarisationsaxel, på ungefär samma sätt som en kompassnål är i linje med jordens magnetfält.

Framtida studier kommer att fokusera på att anpassa större, mer komplexa molekyler i dessa kalla heliumdroppar, så att forskare kan se kemiska reaktioner utvecklas i realtid. Stapelfeldt förklarade att det kan vara möjligt att justera molekyler så stora som proteiner.

"Heliumdroppar erbjuder unika möjligheter, " han sa, "för att bygga skräddarsydda molekylkomplex, på så sätt utvidgas omfattningen av system som kan studeras. "