Yaponiyadakı tədqiqatçılar metal-üzvi çərçivə daxilində qeyri-adi dərəcədə sürətli elektron çevrilməni ələ keçirərək qısa müddətli bir vəziyyəti və cəmi 30 femtosaniyə ərzində ardınca gələn gizli vəziyyəti müşahidə ediblər. Science Tokyo, Tohoku Universiteti və Nagoya Texnologiya İnstitutundan olan komanda, transformasiyanı idarə etməyə kömək edən əvvəllər məlum olmayan ara elektron vəziyyəti aşkar etmək üçün ultrasürətli lazer spektroskopiyasını nəzəri hesablamalarla birləşdirib. Kəşf, işığın nəticədə qabaqcıl materialların xüsusiyyətlərini sürətlə idarə etmək üçün necə istifadə edilə biləcəyi ilə bağlı yeni ipucları təqdim edir.

Materiallar işığı udduqdan sonra gözlənilməz şəkildə davrana bilər. Bəzi hallarda, işıq onları adi şəraitdə göstərdikləri xüsusiyyətlərdən çox fərqli xüsusiyyətlərə malik fotoinduksiya vəziyyətlərinə itələyir. Bu vəziyyətlər tədqiqatçılara material davranışını isitmə və ya soyutma kimi ənənəvi yanaşmalardan kənara çıxaraq dəyişdirmək üçün başqa bir yol təqdim edir. Onların necə əmələ gəldiyini dəqiq öyrənmək gələcək fotoreaksiv materialların və qabaqcıl optik texnologiyaların inkişafı üçün vacib ola bilər.

Femtosaniyədə Bir Transformasiyanın Tutulması

Ən böyük çətinliklərdən biri sürətdir. Fotoinduksiya olunmuş vəziyyətin əmələ gəlməsindəki ilk addımlar femtosaniyədə (fs) zaman şkalasında (saniyənin milyardda birində) baş verə bilər ki, bu da onları müşahidə etməyi olduqca çətinləşdirir.

Bu ilk anları araşdırmaq üçün Yaponiyanın Tokio Elm İnstitutunun (Science Tokyo) Kimya kafedrasının dosenti Tadahiko İşikavanın rəhbərlik etdiyi bir qrup, o vaxtkı doktorant Samiran Banu (hazırda RIKEN-də Xüsusi Postdoktorantura Tədqiqatçısı) və Yaponiyanın Tohoku Universiteti və Naqoya Texnologiya İnstitutundakı əməkdaşları ilə işləmişdir.

Tədqiqatçılar metal ionlarını üzvi molekullarla birləşdirməklə qurulmuş bir material olan metal-üzvi çərçivəyə (MOF) diqqət yetirdilər. Onların məqsədi fotoinduksiyalı gizli vəziyyətin necə inkişaf etdiyini dəqiq müəyyən etmək idi. Tapıntılar Physical Review Letters jurnalında dərc edilib .

İşikava deyir: “Fotosinduksiya olunmuş gizli vəziyyətin əvvəllər məlum olmayan ara elektron vəziyyət vasitəsilə 30 f/s ərzində əmələ gəldiyini aşkar etdik”.

Ultrasürətli Lazerlər Gizli Bir Vəziyyəti Aşkarlayır

Transformasiyanı izləmək üçün tədqiqatçılar zamanla həll olunan əks etdirmə spektroskopiyasından və cəmi altı fs davam edən ultra qısa lazer impulslarından istifadə etdilər. Metod, MOF lazer impulsunu udduqdan dərhal sonra material tərəfindən əks olunan işığın necə dəyişdiyini ölçməyə imkan verdi.

Bu son dərəcə incə zaman qətnaməsi ilə komanda materialın elektron davranışındakı sürətli dəyişiklikləri izlədi. 30 f/s ərzində onun əks etdirmə spektri kəskin şəkildə dəyişdi və yeni bir optik udma zolağının görünüşü ilə əlaqəli xüsusiyyətlər inkişaf etdirdi. Bu dəyişikliklər fotoinduksiya edilmiş gizli vəziyyətin əmələ gəldiyini göstərdi.

Lakin təkcə təcrübələr nə baş verdiyini tam izah edə bilmədi. Buna görə də tədqiqatçılar materialın içərisindəki hadisələrin ardıcıllığını yenidən qurmaq üçün ölçmələrini nəzəri hesablamalarla birləşdirdilər.

Qısa müddətli Elektron Vəziyyət Əvvəlcə Gəlir

Təhlil göstərdi ki, işığı udduqdan dərhal sonra material qısa müddətə ara elektron vəziyyətə keçib. Bu an ərzində qonşu sahələr arasındakı elektron rabitələr təkrarlanan şəkildə daha güclü və daha zəif arasında dəyişib. Bu konfiqurasiya rabitə sırası dalğa vəziyyəti kimi tanınır.

Bu vəziyyət yalnız qısa müddətə mövcud idi. Bundan sonra material daxilində atomların mövqelərində kiçik hərəkətlər baş verdi və bu struktur dəyişiklikləri nəticədə fotoinduksiyalı gizli vəziyyətə səbəb oldu.

Nəzəri hesablamalar həmçinin yeni əmələ gələn vəziyyətin qütb ola biləcəyini göstərdi. Belə bir vəziyyətdə müsbət və mənfi elektrik yükləri material üzərində qeyri-bərabər paylanır. Əgər bu fotoinduksiyalı qütb vəziyyətləri etibarlı şəkildə yaradıla və idarə oluna bilsə, onlar işıqdan istifadə edərək elektron xüsusiyyətlərini manipulyasiya etmək üçün yeni yollar təqdim edə bilər.

İşikava izah edir ki, “Metodumuz aralıq vəziyyətləri aşkar etməklə işıqdan səmərəli şəkildə idarə oluna bilən materialların dizaynına kömək edə bilər”.

İşıqla İdarə Olunan Materiallara Doğru

Fotoinduksiya olunmuş gizli vəziyyətin necə inkişaf etdiyini göstərməkdən əlavə, tədqiqat material xüsusiyyətlərini son dərəcə qısa işıq impulsları ilə manipulyasiya etmək üçün mümkün bir strategiyaya işarə edir. Bu müvəqqəti vəziyyətləri yaratmaq və idarə etmək qabiliyyəti, materialların necə davrandığına dəqiq nəzarət tələb edən yüksək sürətli elektronika, optoelektron cihazlar və digər texnologiyalar üçün hazırlanmış yeni fotoreaksiv materialların yaranmasına töhfə verə bilər.

Gələcək tədqiqatlar eyni eksperimental və nəzəri yanaşmanı digər materiallara da tətbiq edə bilər. Ultrasürətli transformasiyalar zamanı əvvəllər görünməyən addımları üzə çıxarmaqla, elm adamları xüsusiyyətlərini işıqla qəsdən və səmərəli şəkildə idarə etmək mümkün olan materialların dizaynına yaxınlaşa bilərlər.