Forskning: Ultrasnabb rotation av molekyler med röntgenstrålning

2019-02-08

Uppsalaforskare har i ett internationellt samarbete studerat hur snabbt kolmonoxidmolekylen roterar när den bestrålas med röntgenljus. Forskningen publicerades i den välrenommerade vetenskapliga tidskriften PNAS den 7 februari 2019.

Ultrasnabb rotation av CO-molekylen som inträffar när en fotoelektron med hög energi avges. Wk är vinkelhastigheten och t är den tid när molekylen roterar (7 femtosekunder). Bild: Maria Novella Piancastelli.

Maria Novella Piancastelli och Hans Ågren vid institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet har genomfört experiment baserat på den fotoelektriska effekten, som Albert Einstein fick Nobelpriset i fysik för 1921.

Genom att bestråla kolmonoxidmolekyler med röntgenljus har forskarna skapat en kedjereaktion där elektroner med mycket hög energi avges från kolatomen. På grund av denna frigjorda energi får den bakomliggande molekylen en impuls som leder till rotationsrörelse. Rotationen av molekylen sker mycket snabbt, på en tidsskala av endast några femtosekunder (10-15 s). Genom att justera intensiteten på röntgenstrålningen har forskarna också kunnat påverka hur snabbt kolmonoxidmolekylen roterar: ju mer energi desto snabbare rotation.

Den här typen av manipulering, att kunna rotera molekyler mycket snabbt med hjälp av ljus, ger nya möjligheter att påverka rörelser på mikroskopisk nivå och har stor betydelse för olika tillämpningar inom naturvetenskap, bland annat i optiska mikromaskiner. Att kunna konstruera och kontrollera molekylära maskiner är ett eftersträvansvärt mål inom kemi och biologi, med många tillämpningar inom både medicin och biovetenskap.

– Den här forskningen ger oss nya spännande möjligheter att skapa och kontrollera mekaniska rörelser på mikroskopisk och även på molekylär skala, säger Maria Novella Piancastelli, professor vid institutionen för fysik och astronomi.

Artikelreferens

D. Céolin, J.-C. Liu, V. Vaz da Cruz, H. Ågren, L. Journel, R. Guillemin, T. Marchenko, R. K. Kushawaha, M. N. Piancastelli, R. Püttner, M. Simon, and F. Gel’mukhanov, Recoil-induced ultrafast molecular rotation probed by dynamical rotational Doppler effectPNAS (Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America) February 7, 2019

Camilla Thulin