Memajukan pengeditan gen dengan varian CRISPR / Cas9 baru - ScienceDaily
Offbeat

Peran getaran kuantum dalam transfer elektron – ScienceDaily


Grup Scholes dari Princeton Chemistry melaporkan bukti bahwa getaran kuantum berpartisipasi dalam transfer elektron, dengan menggunakan spektroskopi laser ultra cepat bahwa getaran tersebut menyediakan saluran tempat terjadinya reaksi.

Berusaha untuk membuat bukti eksperimental untuk topik yang sangat diperebutkan – peran getaran dalam proses yang mendasar untuk konversi energi matahari – para peneliti Princeton berangkat untuk memetakan kemajuan reaksi transfer elektron (ET) yang diinduksi foto.

Pulsa laser pendek dalam spektroskopi ultra cepat membantu mengunci semua entitas penyerap cahaya secara bertahap. Para peneliti kemudian dapat menyaksikan dinamika transfer elektron dan dinamika getaran secara bersamaan melalui ketukan yang diciptakan oleh koherensi getaran. Mereka menemukan bahwa reaksi ET yang diinduksi foto terjadi dalam ~ 30-femtoseconds, yang kontras dengan teori Marcus konvensional, dan menyimpulkan bahwa kecepatan reaksi yang tiba-tiba mengungkapkan beberapa mekanisme yang tidak diketahui yang berperan.

“Apa yang kami temukan adalah rangkaian unik peristiwa mekanis kuantum yang terjadi secara ringkas dengan reaksi transfer elektron,” kata Shahnawaz Rafiq, mantan postdoc di Scholes Group dan penulis utama makalah tersebut. “Peristiwa ini muncul secara berurutan dalam bentuk hilangnya koherensi fasa sepanjang getaran frekuensi tinggi, diikuti oleh kemunculan impulsif koherensi fasa di sepanjang getaran frekuensi rendah.

“Dua peristiwa alam kuantum ini terjadi karena peran yang dimainkan getaran ini dalam memungkinkan reaksi ET ini,” kata Rafiq. “Itu adalah bagian utama dari apa yang kami laporkan: bagaimana kami dapat menunjukkan dengan tepat tempat-tempat tertentu dalam data spektral yang memberi tahu kami, oh, inilah poin pentingnya. Ini adalah jarum di tumpukan jerami.”

Selain itu, peneliti menemukan paket gelombang getaran ekstra dalam status produk, yang tidak ada dalam status reaktan.

“Seolah-olah reaksi ET sendiri yang menciptakan paket gelombang itu,” kata Rafiq. “Pengungkapan terakhir adalah bahwa ada urutan perubahan struktural yang terkait dengan reaksi yang ditentukan oleh frekuensi mode getaran.”

Makalah, “Interaksi paket gelombang getaran selama reaksi transfer elektron sangat cepat,” diterbitkan minggu ini secara online di Kimia Alam. Ini menandai puncak dari dua tahun kerja.

Tantangan yang peneliti tentukan sendiri dalam penyelidikan ini melibatkan penguraian koherensi getaran yang relevan dengan reaksi ET dari sejumlah besar koherensi yang dihasilkan oleh eksitasi laser, yang sebagian besar adalah penonton.

Dalam data mereka, para peneliti menemukan hilangnya koherensi fase secara tiba-tiba di sepanjang beberapa koordinat getaran frekuensi tinggi. Kehilangan koherensi fase yang cepat ini berasal dari interferensi fase acak jalur reaksi ET yang disediakan oleh tangga getaran. Langkah pengamatan di luar teori Marcus konvensional dan langsung melaporkan lintasan reaksi yang digerakkan secara getaran dari keadaan reaktan ke keadaan transisi.

“Kami membuat paket gelombang pada status reaktan dengan menggunakan pulsa laser, dan paket gelombang ini mulai berkurang secara permanen sejak saat itu,” kata Rafiq. “Jadi, kami tidak mengantisipasi melihat paket gelombang tambahan dalam status produk. Kami dapat melihat beberapa dari paket gelombang tiba-tiba karena mereka berpartisipasi dalam reaksi, tetapi kemudian, melihat paket gelombang baru yang muncul di status produk sangat menggoda.”

Bo Fu, seorang postdoc di Scholes Group dan rekan penulis makalah, menambahkan, “Para peneliti selalu berpikir bahwa wavepacket hanya dapat dihasilkan oleh pulsa foton. Tetapi di sini kami mengamati wavepacket yang tampaknya tidak dihasilkan oleh pulsa foton. Melihatnya pada status produk menunjukkan mekanisme berbeda dari pembangkitannya. Simulasi dinamika kuantum membantu kami menetapkan bahwa paket gelombang ini sebenarnya dihasilkan oleh reaksi ET. “

Para peneliti menyamakan pembuatan paket gelombang oleh ET untuk meregangkan pegas bergetar ke posisi yang lebih stabil, dengan tambahan properti bahwa pegas bergetar dengan amplitudo yang jauh lebih besar tentang posisi rata-rata barunya. Respon seperti pegas dari pemukulan tersinkronisasi dari struktur molekul ke ET menyediakan sink yang menghambat pengulangan yang koheren dari ET, yang sebaliknya mungkin diharapkan untuk proses yang terjadi secara vektor daripada stokastik.

“Apa yang saya suka dari pekerjaan ini adalah menunjukkan bagaimana struktur kompleks molekuler terdistorsi selama reaksi,” kata Gregory Scholes, Profesor Kimia William S. Tod dan salah satu penulis makalah. “Dan distorsi ini terjadi sebagai urutan peristiwa yang logis – seperti molekul yang terbuat dari pegas. Pegas yang kaku merespons lebih dulu, pegas lunak terakhir.”

Grup Scholes tertarik pada proses ultra cepat dalam kimia, berusaha menjawab pertanyaan tentang transfer energi, proses keadaan tereksitasi, dan apa yang terjadi setelah cahaya diserap oleh molekul. Pertanyaan-pertanyaan ini dibahas baik secara teoritis maupun eksperimental.

Sumber Cerita:

Materi disediakan oleh Universitas Princeton. Asli ditulis oleh Wendy Plump. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Hongkong Prize