p A água líquida é considerada a pedra angular da vida e tem muitas propriedades físicas e bioquímicas extraordinárias. A rede de ligações de hidrogênio da água líquida é amplamente reconhecida por desempenhar um papel crucial nessas propriedades. Devido à complexidade das interações intermoleculares e à grande sobreposição espectral de modos relevantes, o estudo da dinâmica das ligações de hidrogênio é desafiador. Nos últimos anos, A excitação de líquidos em ressonância com ondas terahertz (THz) fornece uma nova perspectiva para explorar a evolução transitória do movimento molecular de baixa frequência. Contudo, a água tem um grande coeficiente de absorção na banda THz, a aplicação da técnica do efeito Kerr induzido por THz na pesquisa dinâmica de ligações de hidrogênio continua desafiadora. p Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , uma equipe de cientistas, liderado pelo Professor Yuejin Zhao do Laboratório Chave de Pequim para Instrumentos e Tecnologia de Medição Optoeletrônica de Precisão, Escola de Óptica e Fotônica, Instituto de Tecnologia de Pequim, China; Professor Liangliang Zhang, do Centro de Inovação Avançada de Pequim para Tecnologia de Imagem e Laboratório de Optoeletrônica Terahertz (MoE), Departamento de Física, Capital Normal University, China; e colegas de trabalho usaram um pulso THz intenso e de banda larga para excitar ressonantemente modos intermoleculares de água líquida e obtiveram sinais de birrefringência transitória induzida por campo THz bipolar adotando um filme de água de fluxo livre.

p Eles propuseram um modelo de oscilador harmônico de ligação de hidrogênio associado à susceptibilidade dielétrica e o combinaram com a equação dinâmica de Lorentz para investigar a estrutura intermolecular e a dinâmica da água líquida. Eles decompõem principalmente os sinais bipolares em um sinal positivo causado pela vibração de alongamento da ligação de hidrogênio e um sinal negativo causado pela vibração de flexão da ligação de hidrogênio, indicando que a perturbação de polarizabilidade da água apresenta contribuições concorrentes sob condições de flexão e alongamento. Os resultados fornecem uma evolução intuitiva resolvida no tempo da anisotropia de polarizabilidade, que pode refletir os modos intermoleculares da água líquida na escala sub-picossegundo.

p As ondas THz podem excitar ressonantemente um ou vários modos de movimento molecular em líquidos, que é uma ferramenta poderosa para explorar a dinâmica molecular de baixa frequência. Esses cientistas resumem o princípio de seu trabalho:

p "Usamos um campo elétrico THz para excitar ressonantemente os modos intermoleculares da água líquida. A rotação transitória de uma molécula produz um momento de dipolo induzido, que imediatamente transfere o momento impulsionado pelo campo THz para o movimento translacional restrito das moléculas de água adjacentes. Este movimento translacional pode ser atribuído a um modo de flexão e um modo de alongamento, que pode levar aos componentes de anisotropia de polarizabilidade perpendicular e paralela às ligações de hidrogênio, respectivamente, resultando em desempenho bidirecional. "

p "No experimento, uma fonte de excitação intensa de THz e um filme de água de fluxo ultrafino que substitui as cubetas tradicionais são a base para a obtenção de sinais de alta qualidade ”, acrescentaram.

p "A dinâmica da ligação de hidrogênio intermolecular ultrarrápida da água revelada por um pulso de bomba de THz de banda larga pode fornecer mais informações sobre a estrutura transitória da água líquida correspondente aos modos pertinentes. Esta descoberta pode abrir um novo caminho para a detecção dos mecanismos físicos da fase gasosa de água e gelo cristalino e amorfo, bem como a complexa interação de reagentes com moléculas de água solvente, "concluem os cientistas.