Новости химической науки > Туннельный эффект из глубин электронной оболочки

Международная группа исследователей, которой руководит Пол Коркум (Paul B. Corkum) из Университета Оттавы заявляет, что туннельный переход электронов может осуществляться с более низкого энергетического уровня, чем предполагалось ранее.

Туннельный переход электрона из HCl (H – серый, Cl – зеленый) происходить как с ВЗМО (верхняя занятая молекулярная орбиталь), так и с ВЗМО–1 (занятая орбиталь на уровень ниже). (Рисунок из Science 2009, 325, 1364)

Квантово-механическое туннелирование происходит при преодолении микрочастицей потенциального барьера в случае, когда её полная энергия (остающаяся при туннелировании неизменной) меньше высоты барьера.

Традиционным считалось мнение, что при туннельном переходе электрона из молекулы электрон может туннелировать только с верхней занятой молекулярной орбитали (ВЗМО). В группе Коркума показали, что может реализовываться и другой способ – было однозначно продемонстрирована возможность существенного вклада в процесс туннельного перехода и более низких по энергии орбиталей.

Для экспериментов Коркум с коллегами использовал хлороводород. Причиной такого выбора послужила существенная разница между формой и энергетическими параметрами ВЗМО и расположенной ниже на энергетический уровень занятой орбитали, ВЗМО–1, этой молекулы. ВЗМО молекулы HCl представляет собой неподеленную 3p-орбиталь хлора, не участвующую в образовании связи; ВЗМО–1 – связывающая орбиталь, которая образуется при перекрывании 1s орбитали водорода и 3p орбитали хлора, соответственно при туннелировании электрона с ВЗМО–1 химическая связь между хлором и водородом должна ослабнуть, а молекула распасться на фрагменты. Исследователи инициировали туннельный переход электрона с молекулы HCl интенсивными короткими лазерными импульсами и наблюдали разрушение HCl.

Было обнаружено, что полная вероятность туннельного перехода электрона с ВЗМО–1 составляет не более 0.2%, но при попытке «выбить» электрон, действуя лазерными импульсами вдоль оси связи между атомами хлора и водорода составляет по крайней мере 10%. Исследователи предполагают, что в более сложных молекулах, в которых энергетическая разница между ВЗМО и лежащих ниже орбиталей не столь велика, туннельный переход с этих орбиталей более вероятен.

Источник: Science 2009, 325, 1364

метки статьи: #аналитическая химия, #квантовая химия, #физическая химия