Вчені Національної прискорювальної лабораторії SLAC при Міністерстві енергетики США, Стенфордського університету та Стокгольмського університету в Швеції вперше зробили пряме спостереження того, як атоми водню в молекулах води взаємодіють з сусідніми молекулами при збудженні лазерним світлом. Про це повідомляється в статті, опублікованій в журналі Nature.
Кожна молекула води містить один атом кисню і два атоми водню, а мережа водневих зв’язків між позитивно зарядженими атомами водню в одній молекулі і негативно зарядженими атомами кисню в сусідніх молекулах утримує молекули разом. Мережа водневих зв’язків визначає загадкові властивості води, але до недавнього часу дослідники не могли безпосередньо спостерігати ефекти, що виникають при взаємодії молекул води зі своїми сусідами, на атомному рівні.
Нове дослідження вперше безпосередньо демонструє, що реакція мережі водневих зв’язків на імпульс енергії критично залежить від квантово-механічної природи того, як атоми водню розподілені в просторі. Проблема була вирішена за допомогою SLAC MeV-UED, високошвидкісної «електронної камери», яка фіксує малопомітні рухи молекул через розсіювання потужного пучка електронів від зразка.
Вчені створили струмені рідкої води завтовшки 100 нанометрів і змусили молекули вібрувати з допомогою інфрачервоного лазерного світла. Потім вони направили на молекули короткі імпульси високоенергетичних електронів. В результаті були отримані знімки змінюємої атомної структури молекул з високою роздільною здатністю. Виявилося, що коли збуджена молекула води починає вібрувати, її атом водню притягує атоми кисню сусідніх молекул води ближче, перш ніж відштовхнути їх з новознайденою силою, розширюючи простір між молекулами.