Lazer ve Zaman Çözünürlüklü Spektroskopi
Lazerler, spektroskopistlerin kimyasal olayların gerçek zamanlı olarak gelişimini, bir reaksiyon sırasındaki atomların femtosaniye hareketlerine kadar izlemesine olanak tanıyan yoğun, koherent, ayarlanabilir ve ultra kısa ışık darbeleri sağlamaktadır.
Tanım
Lazer ve zaman çözünürlüklü spektroskopi, yüksek hassasiyetle spektrum kaydetmek ve moleküler süreçleri zamanın bir fonksiyonu olarak takip etmek için lazer ışığının özel özelliklerinden, özellikle de ultra kısa darbelerinden yararlanan spektroskopik teknikleri içermektedir.
Kapsam
Bu konu, lazerlerle mümkün kılınan spektroskopik yöntemleri kapsamaktadır: bunları mümkün kılan lazer ışığının monokromatiklik, koherens, yüksek yoğunluk ve ultra kısa darbe süresi gibi özelliklerini incelemektedir. Uyarılmış durum ve reaksiyon dinamiklerini takip eden zaman çözünürlüklü ve pompa-prob tekniklerini, ultra hızlı ve femtosaniye spektroskopisini ve femtokimyayı, ayrıca çok fotonlu ve koherent Raman spektroskopisi gibi doğrusal olmayan yöntemleri geliştirmektedir. Bu yöntemlerin genişlettiği kararlı hal elektronik ve titreşimsel spektroskopiler, ilgili diğer konularda ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Lazer ışığının hangi özellikleri, geleneksel kaynaklarla imkansız olan spektroskopik teknikleri mümkün kılmaktadır?
- Pompa-prob yöntemi, elektronik algılama limitlerinin çok ötesinde zaman çözünürlüğünü nasıl elde etmektedir?
- Femtokimya, bağ kırılması ve oluşumu sırasında atomların hareketini nasıl gözlemlemektedir?
- Doğrusal olmayan ve çok fotonlu yöntemler, aksi takdirde erişilemeyen durumlara nasıl erişmektedir?
Anahtar kavramlar
- Lazer özellikleri: koherens, yoğunluk, ayarlanabilirlik, darbe süresi
- Pompa-prob spektroskopisi
- Ultra hızlı ve femtosaniye spektroskopisi
- Femtokimya
- Doğrusal olmayan ve çok fotonlu spektroskopi
Temel kuramlar
- Pompa-prob zaman çözünürlüğü
- İlk bir lazer darbesi bir süreci başlatır ve ikinci, gecikmeli bir darbe sistemi sorgular; gecikmeyi taramak, dinamikleri dedektör hızından ziyade darbe süresi tarafından belirlenen bir zaman çözünürlüğü ile yeniden yapılandırmaktadır.
- Femtokimya
- Bir titreşim periyodundan daha kısa darbeler kullanılarak, reaksiyona giren bir molekülün geçiş durumları ve ara geometrileri doğrudan gözlemlenebilmekte, bu da aktive edilmiş kompleksi bir çıkarımdan gerçek zamanlı olarak izlenebilecek bir şeye dönüştürmektedir.
Klinik önem
Lazer ve zaman çözünürlüklü spektroskopi, fotosentez, görme ve fotokimyasal reaksiyonlar gibi hızlı süreçlerin mekanizmalarını ortaya koymakta, iz tespiti ve uzaktan algılamayı mümkün kılmakta ve fotonik, malzeme bilimi ve reaksiyon dinamikleri genelinde kullanılan ultra hızlı ölçüm araçlarını sağlamaktadır.
Tarihçe
Townes, Maiman ve diğerleri tarafından 1960'lı yıllarda geliştirilen maser ve lazer, kimyaya koherent, yoğun ışık kaynakları sağlamıştır; darbelerin sürekli kısalması, 1980'lerin sonlarında Zewail'in reaksiyonları femtosaniye düzeyinde gözlemlemesiyle doruğa ulaşmış, femtokimyanın temelini atmış ve 1999 Nobel Ödülü ile tanınmıştır.
Öne çıkan isimler
- Ahmed Zewail
- Theodore Maiman
- Charles Townes
İlgili konular
Temel eserler
- zewail2000
- atkins2018
Sıkça sorulan sorular
- Spektroskopi, sadece femtosaniyeler süren olayları nasıl çözümleyebilmektedir?
- Elektronik dedektörler çok yavaştır, bu nedenle zaman çözünürlüğü, iki ultra kısa lazer darbesi arasındaki gecikmeden gelmektedir: pompa süreci başlatır ve prob, kontrollü bir gecikmeden sonra onu örnekleyerek zaman seyrini nokta nokta oluşturmaktadır.
- Lazer ışığını spektroskopi için bu kadar kullanışlı kılan nedir?
- Lazerler yoğun, yüksek derecede monokromatik, koherent, genellikle ayarlanabilir ve son derece kısa darbelere sıkıştırılabilmektedir; bu özellikler bir araya geldiğinde, koherent olmayan lamba kaynaklarının elde edemediği hassas, seçici, doğrusal olmayan ve zaman çözünürlüklü ölçümleri mümkün kılmaktadır.