Figura 1:Diferença entre a seção transversal de espalhamento de elétrons medida (a) e calculada (b) em R =3,68 Å (correspondendo ao ponto de viragem externo do movimento vibracional) e R =2,78 Å (correspondendo ao ponto de viragem interno de o movimento vibracional) para o caso de um pacote de onda vibracional I2 criado por fotoexcitação do estado B usando um laser visível com um comprimento de onda de 555 nm. A diferença nas seções de choque de espalhamento é mostrada como uma função da energia cinética do elétron que retorna e do ângulo no qual o elétron é espalhado. Particularmente perto de um ângulo de dispersão de 180 graus (ou seja, para elétrons retroespalhados), uma diferença importante é vista entre a seção transversal de espalhamento na geometria correspondente ao ponto de viragem interno e externo da vibração. Em outras palavras, as mudanças dependentes do tempo na distância internuclear são reconhecíveis nas mudanças dependentes do tempo das seções transversais de espalhamento de elétrons medidas. Crédito:Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB)
Um dos objetivos de longa data da pesquisa sobre a dinâmica das moléculas induzidas pela luz é observar as mudanças dependentes do tempo na estrutura das moléculas, que resultam da absorção de luz, tão direta e inequivocamente quanto possível. Para este fim, pesquisadores desenvolveram e aplicaram uma infinidade de abordagens. Particularmente promissores entre essas abordagens são vários métodos desenvolvidos nos últimos anos que dependem da difração (de luz ou elétrons) como meio de codificar os espaçamentos internucleares entre os átomos que juntos formam a molécula.
Em um artigo recente ( Phys. Rev. Lett . 125, 123001, 2020), pesquisadores do MBI liderado pelo Dr. Arnaud Rouzée mostraram que filmes de alta resolução da dinâmica molecular podem ser gravados usando elétrons ejetados da molécula por um intenso campo de laser. Após forte ionização de campo, os elétrons liberados geralmente são acelerados para longe da molécula sob a influência do campo elétrico do laser. Contudo, devido à natureza oscilante deste campo, uma fração dos elétrons é conduzida de volta ao íon molecular de origem. Isso prepara o terreno para o chamado processo de recolisão, em que o elétron pode ser reabsorvido na molécula (e onde a energia absorvida é liberada na forma de fótons de alta energia) ou dispersa o íon molecular. Dependendo da energia cinética do elétron, ele pode ficar temporariamente preso dentro de uma barreira de potencial centrífugo. Este é um processo bem conhecido em espalhamento de elétrons e em experimentos de ionização de fóton único, e é referido como uma ressonância de forma. A prova definitiva para a ocorrência de uma ressonância de forma é um grande aumento da seção transversal de espalhamento. Como o próprio nome indica, a energia cinética para a qual ocorre a ressonância da forma é altamente sensível à forma do potencial molecular, e conseqüentemente para a estrutura molecular. Portanto, ressonâncias de forma podem ser usadas para fazer um filme de uma molécula que está passando por um rearranjo nuclear ultrarrápido.
Para demonstrar esse efeito, a equipe da MBI gravou um filme da dinâmica vibracional ultrarrápida da foto-entusiasmada I 2 moléculas. Um primeiro pulso de laser, com um comprimento de onda na parte visível do espectro de comprimento de onda, foi usado para preparar um pacote de ondas vibracionais no estado B eletrônico da molécula. Este pulso de laser foi seguido por um segundo, muito intenso, pulso de laser retardado, com um comprimento de onda na parte infravermelha do espectro de comprimento de onda. Distribuições de momentum de elétrons após ionização de campo forte pelo segundo pulso de laser foram registradas em vários atrasos de tempo entre os dois pulsos, correspondendo a diferentes distâncias de ligação entre os dois átomos de iodo. Uma forte variação da seção transversal de rediscagem de elétrons acionada por laser foi observada com atraso, que pode ser inequivocamente atribuída a uma mudança da posição da energia de ressonância da forma (ver Fig. 1) induzida pelo movimento do pacote de ondas vibracional. Como tal, este trabalho apresenta novas oportunidades para investigar a dinâmica molecular foto-induzida com alta resolução temporal e espacial.
