Met behulp van kurkentrekkervormige laserpulsen, wetenschappers van DESY hebben een geavanceerde optische centrifuge bedacht die moleculen snel rond een gewenste moleculaire as kan laten roteren. De innovatieve methode opent nieuwe manieren om supersnel draaiende moleculen te controleren en te bestuderen, superrotors genoemd. Tot nu, optische centrifuges kunnen moleculen slechts om één specifieke as laten roteren. Het nieuwe schema laat wetenschappers kiezen tussen twee assen. Alec Owens, Andrey Yachmenev en Jochen Küpper van de Controlled Molecule Imaging (CMI) Group van het Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) rapporteren hun theoretisch concept in de Journal of Physical Chemistry Letters .

optische centrifuges, opgebouwd uit roterende laserpulsen, kunnen moleculen sneller dan tien biljoen keer per seconde laten ronddraaien. Deze moleculaire superrotors hebben onverwacht gedrag aan het licht gebracht en zijn interessante grootheden voor studies van verstrooiing, spectroscopie, en dynamiek. Superrotors kunnen aanzienlijke energie in botsingen brengen en, tegelijkertijd, gedragen zich als kleine gyroscopen die beter bestand zijn tegen botsingen en heroriëntatie.

"Het beheersen van ultrasnelle rotatiebewegingen van moleculen heeft de afgelopen jaren enorme vooruitgang geboekt dankzij de ontwikkeling van innovatieve technieken in de fysica van sterke veldlasers, " zegt Owens, die ook is aangesloten bij het Hamburg Center for Ultrafast Imaging CUI. Bestaande optische centrifuges vangen moleculen altijd op langs de as waar de elektrische ladingen van het molecuul het gemakkelijkst kunnen worden geschud om een ​​zogenaamde dipool te vormen. De as van het molecuul volgt dan het roterende laserveld en begint steeds sneller te draaien.

Het CMI-team heeft nu een methode ontwikkeld die gebruikmaakt van een kurkentrekkerlaser die herhaaldelijk wordt in- en uitgeschakeld. Met deze gemodificeerde optische centrifuge kan de as worden gekozen waar het molecuul omheen draait. Met behulp van het voorbeeld van waterstofsulfide (H2S), de studie laat zien hoe de rotatie van asymmetrische moleculen kan worden gecontroleerd, kiezen tussen twee verschillende moleculaire assen. Het in- en uitschakelen van de kurkentrekkerlaser kan worden bereikt door een modificerende pulsomhullende toe te voegen die op het laserveld wordt gesuperponeerd. Op deze manier kunnen de moleculen worden geëxciteerd langs verschillende paden van rotatietoestanden, uiteindelijk leidend tot rotatie rond een van twee verschillende assen.

"Zo'n schema om de uitlijning van het impulsmoment van een molecuul te regelen, zal nuttig zijn in studies van molecuul-molecuul of molecuul-oppervlakteverstrooiing, waar je de uitkomst kunt veranderen en de stereodynamica van een verstrooiingsgebeurtenis kunt bestuderen door de rotatie-as te regelen, " legt Yachmenev uit. Even gunstig is de grote hoeveelheid energie die wordt geassocieerd met superrotors, die kan worden geregeld door de duur van de optische centrifugepuls te wijzigen.