化学結合について知られていることのほとんどは、安静時の分子を研究することから来ています。しかし、分子が光を吸収すると、その構成原子が振動し始め、化学結合の形状が急速に変化します。これは、分子が互いにどのように反応するかを劇的に変える可能性があります。
これらの超高速タイムスケールで原子のダイナミクスを研究することは困難でしたが、近年、新しいX線源が新しい可能性を開きました。カリフォルニア州メンロパークにあるSLAC National Accelerator LaboratoryのLinac Coherent光源（LCLS）X線フリーエレクトロンレーザーで、科学者は高エネルギー分解能オフ共生分光法、つまりHEROと呼ばれる革新的な技術を開発しました。
これには、振動分子を介してレーザーパルスと同期した高エネルギー電子を通過し、電子がさまざまな角度で散乱する方法を分析することが含まれます。これにより、研究者は分子の化学結合の長さと角度がリアルタイムでどのように変化しているかを直接観察することができます。
概念実証実験では、チームはSLACのフェムト秒レーザーパルスに襲われた一酸化炭素分子を研究しました。実験は、光が吸収された後の炭素酸素結合長の時間依存性の変化をリアルタイムで測定しました。
「分子のさまざまな部分の間でエネルギーがどのように流れるかを理解したい」と、SLACのポスドク研究者であり、12月17日に物理レビューレターに掲載された研究の主著者であるジュリア・パイナルディは述べた。
この場合、一酸化炭素は光吸収後に振動し、分子が遊離炭素および酸素原子に解離するのを防ぎます。この動きを詳細にキャプチャすることにより、チームは分子振動が化学反応性にどのように影響するかについて多くを学ぶことができました。
将来的には、チームはHeros技術を使用して、より特定の分子運動を調べることを計画しています。彼らはまた、新薬や材料の設計に関連する可能性のあるより複雑な分子の化学反応に従いたいと考えています。
「ヘロスは本質的にストロボの写真のようなものです」と共著者のマイク・ミニッティは言いました。 「X線レーザーを備えた一連のスナップショットを撮って、反応が前進するように動きを見ることができます。それは新しいことであり、X線レーザーの証です。」
