Linjära polyener är kolvätekedjor med ovanliga optiska och elektriska egenskaper. De har blivit ett paradigm för att studera fotoisomerisering - när molekylära strukturer ordnar om från att absorbera ljus - på grund av deras enkla molekylstruktur, potential för elektrisk konduktivitet, och roll i visionen. Att förstå hur dessa molekyler samtidigt omorganiseras genom fotoisomerisering kan främja materialvetenskaplig forskning genom att möjliggöra artificiell syn och producera trådar av plast, och ny solcellsteknik.
Trans 1, 3-butadien, den minsta polyenen, har utmanat forskare under de senaste 40 åren på grund av dess komplexa elektroniska struktur med exciterat tillstånd och dess ultrasnabba (femtosekund, 10 -15 s) dynamik. Butadien förblir den "saknade länken" mellan eten (C 2 H 4 , ), som bara har en dubbelbindning, och längre linjära polyener med tre eller fler dubbelbindningar.
Nu, ett experimentellt team som leds av Albert Stolow vid University of Ottawa och National Research Council of Canada har löst trans 1, 3-butadiens elektroniska strukturella dynamik. Forskarna rapporterade nyligen sina fynd i Journal of Chemical Physics .
Stolows grupp utvecklade en ultrasnabb laserspektroskopi som kallas tidsupplöst fotoelektron-fotojon-sammanfallande spektroskopi (TRPEPICO) för att utföra denna forskning. Metoden involverar en femtosekundspump-sondprocess där en emitterad fotoelektron mäts som en funktion av tiden. Fotoelektronspektrumet och vinkelfördelningen är känslig för molekylernas elektroniska och strukturella dynamik. Under de senaste 20 åren har Stolow har tillämpat sin metod på ett brett spektrum av problem, inklusive den ultravioletta stabiliteten av DNA-baser och intramolekylär protonöverföring.
"Vi har under många år visat att vårt tillvägagångssätt fungerar och har gett många exempel, "Sa Stolow. Han studerade tidigare under John C. Polanyi och Yuan T. Lee, två nobelpristagare som forskat på molekylär kollisionsdynamik.
"Många av oss trodde att om vi kunde förstå eten, den grundläggande byggstenen, vi skulle kunna förstå de längre linjära polyenerna, "Sade Stolow." Men butadien är den "saknade länken". Det verkade inte bete sig som något av fallen. "
Stolows team upptäckte att trans 1, 3-butadien beter sig, samtidigt, som både eten och längre polyener. Specifikt, det finns en supersnabb konkurrens mellan etylenlik dynamik och polyenlik dynamik.
Forskargruppens experimentella resultat modellerades och bekräftades oberoende av beräkningsmässigt av Todd J. Martínez forskargrupp. Martinez är forskare och professor i kemi vid Stanford University, som specialiserat sig på molekylär kvantdynamik. Michael S. Schuurman från NRC, en teoretiker specialiserad på kvantdynamik, bidrog också till att bekräfta detta arbete.
"Detta samarbete är nyckeln. Vi kom var och en oberoende av varandra med samma resultat, " Sa Stolow. "Dramatiska tekniska framsteg inom både experiment och teori har gjort det möjligt för oss att äntligen lösa det långvariga pusslet med elektronisk dynamik i butadien, den "saknade länken" av polyenfotofysik."
