Med hjälp av korkskruvformade laserpulser, forskare vid DESY har tagit fram en sofistikerad optisk centrifug som kan få molekyler att rotera snabbt kring en önskad molekylaxel. Den innovativa metoden öppnar upp nya sätt att kontrollera och studera supersnabbt snurrande molekyler, kallas superrotors. Tills nu, optiska centrifuger kan få molekyler att rotera endast om en specifik axel. Det nya schemat låter forskare välja mellan två axlar. Alec Owens, Andrey Yachmenev och Jochen Küpper från gruppen Controlled Molecule Imaging (CMI) vid Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) rapporterar sitt teoretiska koncept i Journal of Physical Chemistry Letters .

Optiska centrifuger, byggd av roterande laserpulser, kan få molekyler att snurra snabbare än tio biljoner gånger per sekund. Dessa molekylära superrotorer har avslöjat oväntade beteenden och är intressanta mängder för studier av spridning, spektroskopi, och dynamik. Superrotors kan föra in betydande energi till kollisioner och, på samma gång, beter sig som små gyroskop som är mer motståndskraftiga mot kollisioner och omorientering.

"Kontrollen av ultrasnabb rotationsrörelse av molekyler har sett enorma framsteg under de senaste åren tack vare utvecklingen av innovativa tekniker inom laserfysik med starkt fält, "säger Owens, som också är ansluten till Hamburg Center for Ultrafast Imaging CUI. Befintliga optiska centrifuger fäller alltid molekyler längs axeln där molekylens elektriska laddningar lättast kan skakas runt för att bilda en så kallad dipol. Molekylens axel följer sedan det roterande laserfältet och börjar snurra snabbare och snabbare.

CMI -teamet utvecklade nu en metod som använder en korkskruvlaser som upprepade gånger slås på och av. Denna modifierade optiska centrifug gör det möjligt att välja axeln kring vilken molekylen roterar. Med hjälp av exemplet med vätesulfid (H2S), studien visar hur rotationen av asymmetriska molekyler kan kontrolleras, välja mellan två distinkta molekylära axlar. Att slå på och av korkskruvlasern kan uppnås genom att lägga till ett modifierande pulshölje som ligger ovanpå laserfältet. På detta sätt kan molekylerna exciteras längs olika vägar i rotationstillstånd, slutligen leder till rotation om en av två olika axlar.

"Ett sådant system för att styra vinkelmomentjusteringen av en molekyl kommer att vara användbart vid studier av molekylmolekyl eller molekyl-ytspridning, där du kan ändra resultatet och studera stereodynamiken för en spridningshändelse genom att styra rotationsaxeln, "förklarar Yachmenev. Lika fördelaktigt är den stora mängden energi som är förknippad med superrotorer, som kan styras genom att ändra den optiska centrifugpulsens varaktighet.