Для исследования свойств материи давно уже применяется фотоэлектронная спектроскопия, суть которой состоит в измерении энергетических спектров электронов при фотоэлектронной эмиссии. Однако развитие экспериментальной техники открывает перед исследователями новые перспективы. В недавно вышедшей статье объединенной американо-германо-французской группы ученых сообщается о методике, позволяющей исследовать внутримолекулярный потенциал, изнутри "освещая" молекулу фотоэлектронами.
Фотоэлектронная спектроскопия позволяет получать информацию как о внутренних, так и о внешних электронных оболочках атомов и молекул, метод применим к веществу в твердом, жидком и газообразном состоянии. В основе метода лежит тот факт, что сумма энергии связи выбитого электрона и его кинетической энергии равна энергии поглощенного фотона. Если же иметь возможность регистрировать не только кинетическую энергию, но и направление движения электрона, то можно получать гораздо более богатую информацию.
В работе американо-германо-французской группы ученых [1] представлена методика, позволяющая получать фотоэлектронную дифракционную картину для свободных двухатомных молекул в газовой фазе. Подобная методика была применена к исследованию двухатомных молекул CO, облучавшихся линейно поляризованным рентгеновским излучением с энергией фотона, достаточной, чтобы выбить электрон с К-оболочки атома углерода. Кинетическая энергия и, соответственно, дебройлевская длина волны выбитого с K-оболочки электрона зависит от энергии фотона (шаг по энергии фотона составлял 0.1 эВ, максимальная энергия фотона превышала пороговую на 30 эВ). Электронная волна взаимодействует с потенциалом молекулы; интенсивность выходящей в данном направлении волны (вероятность "вылета" электрона данном направлении) зависит от того, как складываются амплитуды прямой и рассеянных электронных волн. Диссоциация молекулы происходит достаточно быстро (так, что молекула не успевает изменить своего положения) и фрагменты молекулы разлетаются вдоль оси, соединяющей атомы. Поэтому, регистрируя прилет (из точки, где встречаются пучок молекул и рентгеновский луч) и энергию фрагментов молекулы и электрона, можно получить картину электронной дифракции (рисунок 1). Как ясно из вышесказанного, полученные изображения отражают распространение электронной волны в трехмерном потенциале молекулы.
Такую методику можно использовать, например, для наблюдения фотохимических реакций под действием коротких лазерных импульсов. Это даст исследователям возможность получать "фотографии" внутримолекулярного потенциала и молекулярной структуры на разных стадиях реакции. Пока подобные исследования могут быть проведены в простейшем случае двухатомных молекул, но ученые полагают, что в будущем станет возможным работать и с более сложными молекулами.
1. A.Landers, Th.Weber, I.Ali et al. Phys.Rev.Lett. v.87, 013002 (2001).
Рис.1. Распределение фотоэлектронов по импульсу для различных ориентаций молекулы относительно поляризации падающего излучения (вверху - цветовая шкала интенсивности). Черный кружок - атом углерода, красный - кислорода.