Een onderzoeksteam, verbonden aan het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Zuid-Korea heeft ontdekt dat wanneer de roterende kwantumtoestanden van niet-polaire moleculen veranderen onder invloed van laservelden (niet-resonante laservelden), dat geldt ook voor hun bewegingstrajecten.

Honkbalwerpers gooien verschillende worpen, die elk een iets ander traject hebben. Dit komt omdat elk veldtype afhangt van de mate van interactie met de lucht die rond de bal stroomt. Een recente studie, aangesloten UNIST heeft onthuld dat zelfs kleine onzichtbare moleculen verschillende bewegingstrajecten hebben voor elke rotatietoestand bij interactie met de laser.

Een onderzoeksteam, onder leiding van professor Bum Suk Zhao in de School of Natural Science van UNIST heeft ontdekt dat wanneer de roterende kwantumtoestanden van niet-polaire moleculen veranderen onder invloed van laservelden (niet-resonante laservelden), dat geldt ook voor hun bewegingstrajecten. Zoals honkbal gooien, de uitlijningsgraad van moleculen varieert afhankelijk van de roterende kwantumtoestanden, die significante veranderingen in de banen van moleculen met zich meebrengt.

Moleculen roteren vrij in elke roterende kwantumtoestand wanneer er geen laserveld aanwezig is. Echter, wanneer die aanvankelijk vrij roterende moleculen een interactie aangaan met een laserveld, een verandering optreedt. Dus, in aanwezigheid van een laserveld, zelfs een niet-polair molecuul ervaart een geïnduceerd dipoolmoment, en een dergelijke mate varieert afhankelijk van de roterende kwantumtoestand. Deze moleculen zijn uitgelijnd in een specifieke richting (de laserpolarisatierichting) en tegelijkertijd, de translatiebewegingen (voorwaartse beweging) van moleculen veranderen door interactie met het laserveld.

Zoals dit, de mate van polariteit veroorzaakt door een extern elektrisch veld staat bekend als, polarisatie tarief. Dit heeft niet alleen te maken met de uitlijningsgraad van moleculen, maar ook de roterende kwantumtoestand. De uitlijningsgraad van moleculen varieert afhankelijk van de intensiteit van laservelden. Echter, bij de interpretatie van eerder gerapporteerde experimentele resultaten, het effect van rotatietoestand-afhankelijke moleculaire uitlijning in de verstrooiing van moleculen werd verwaarloosd.

In de studie, het onderzoeksteam legde nauwkeurig de bewegingstrajecten van moleculen uit, rekening houdend met het uitlijningseffect. Door verstrooiingsexperimenten, het onderzoeksteam toonde het effect aan van toestandsafhankelijke uitlijning op de verstrooiing van CS2 (koolstofdisulfide) moleculen door een optische staande golf gevormd door twee tegengesteld voortplantende gepulseerde infrarood (IR) laserstralen met identieke eigenschappen. De resultaten werden geanalyseerd door middel van trajectsimulaties, rekening houdend met het uitlijningseffect. Volgens hun analyse gezien het uitlijningseffect, de snelheidsveranderingen in de dwarsrichting werden goed uitgelegd.

"In de krant, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven in 2015, er was iets dat niet kon worden verklaard door de "polarisatiesnelheid die varieert met elke roterende kwantumtoestand, " zegt Lee Young Kim (gecombineerde MS/Ph.D. of Physics, EENHEID), als eerste auteur van de studie. "Deze keer, door een nauwkeurige beoordeling van de polarisatiesnelheid, rekening houdend met het uitlijningseffect, het was mogelijk om de verstrooiingsexperimenten met succes te interpreteren."

"Het nauwkeurige onderzoek van de verstrooiing van uitgelijnde moleculen door laservelden kan de hoeksteen zijn van het beheersen van translationele moleculaire bewegingen, evenals voor de ontwikkeling van technologie die niet-polaire moleculen kan scheiden op basis van hun rotatietoestand, ", zegt professor Zhao. "Deze studie zal als basis dienen voor verder onderzoek, zoals scheiding van isomeren verdeeld in verschillende kwantumtoestanden, evenals voor het onderzoek van de reactiedynamiek."

De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .