「これまで、化学反応の時間スケールで個々の軌道を観察することは不可能でした」と、オタワにあるカナダ国立研究評議会の板谷二郎氏らは報告している。 「しかし、ここで私たちは、単一軌道の完全な三次元構造が、ありそうもない技術を使って画像化できることを示します。」偏光された 800 ナノメートルのレーザー光パルスは窒素分子の価電子を励起し、窒素分子が元の軌道から離れるようにします。レーザーパルスによって生成された電場が逆転すると、この電子は分子に向かって戻ります。光パルスが放射され、これを使用して分子の軌道上の電子の衝突角度を計算できます。
この放出された光波の「倍音」、いわゆる「高調波」が、軌道領域のスナップショットを成功させる鍵となります。落下する電子自体は、波長0.14ナノメートルに相当するエネルギーを持っています。これにより、紫外線と X 線の範囲の間で放射光のスペクトルが変化し、これらの高調波が発生して測定できるようになります。電子の波長は十分に短いため、衝突後の軌道構造を高解像度で再現できます。
イタナニと彼の同僚は、この放出された光の多数のスペクトルを収集しました。窒素分子と落下電子の軌道は、互いにさまざまな角度をなしていました。したがって、衝突後に集められた光線は、分子軌道上のさまざまな衝突点の状態を反映します。彼らは、医療断層撮影法から取り入れたプロセスを使用して、この大量のデータから分子軌道の 3 次元モデルを計算することができました。
「近い将来、化学反応中に電子雲、つまり分子の結合を直接観察できるようになるはずです」とデンマーク大学オーフス大学のヘンリック・シュタペルフェルト氏は述べ、この断層撮影法の可能性を評価しています。これにより、化学における最も基本的なプロセスを調べることができます。化学反応をより深く理解することで、合成プロセスをより適切に計画できるようになります。
ヤン・オリバー・ロフケン
