Koffein håller fysiker vakna på natten. Särskilt de som berörs av elektroners förmåga att absorbera energi. I en ny studie publicerad i EPJ B , ett fransk-japanskt team av fysiker har använt koffeinmolekylen som en lekplats för att testa effekten av joniserande strålning på dess elektroner när de närmar sig exciterade tillstånd. Deras modell redogör för joniseringsfenomenet i elektroner, som är i en platsspecifik, lokaliserad omloppsbana i koffeinmolekylen. Elektronexcitationen lämnar dörren öppen för positiv laddningsprogression längs en molekylär ryggrad. Thomas Niehaus från Claude Bernard Lyon 1 University, Frankrike, och kollegor har nu utvecklat en metod för att kvantifiera denna positiva laddningsmigrering i linje med den ultrakorta laserimpulsen. Den observerade laddningsrörelsen sker på en attosecond-tidsskala laddningsomläggningar drivna av kärnrörelse.
I den här studien, författarna förlitar sig på tidsberoende densitetsfunktionsteori, som vanligtvis används som ett datorbaserat karaktäriseringsverktyg för att bestämma bredden på våglängden i vilken en molekyl absorberar strålning. Det används också för att undersöka elektrisk laddningsöverföring i fotovoltaiska och energiomvandlingsmaterial. Slutligen, den kan användas för realtidsobservation av elektriska bärardynamik i fasta ämnen.
Sedan tillkomsten av ultrakorta laserkällor - som verkar i attosekundens intervall - kan denna teori nu testas experimentellt. Detta beror på att tidsskalan i vilken energiabsorption av elektroner äger rum nu består tillräckligt länge för att kunna observeras i experiment. Kemiska reaktioner som inträffar på specifika platser i koffeinmolekylen är svåra att realisera med längre laserpulser eftersom värmen snabbt förstör all platsspecifik information som präglas av laserpulsen.
Författarna finner att den observerade dynamiken för positiva laddningar vid sidan av koffeinmolekylens ryggrad beror på tidpunkten för laserpulsen. Vad är mer, dynamiken i de positiva laddningarnas migration styrs av det faktum att de är relaterade till varandra och av det komplexa samspelet mellan flera joniseringskanaler.
