Le produit d'atomes D de la réaction F + HD → HF + D à une énergie de collision de 2,10 kcal/mol. (A) Résultats expérimentaux ; (B) résultats théoriques. L'angle de croisement des deux faisceaux est de 160°. =0° et 180° désignent la direction de diffusion vers l'avant et vers l'arrière, respectivement, pour le coproduit HF dans le repère du centre de masse par rapport à la direction du faisceau de l'atome F. Une caractéristique particulière en forme de fer à cheval dans la direction de diffusion vers l'avant peut être clairement observée dans le motif de diffusion. Crédit: Science (2021). DOI :10.1126/science.abf4205
Une équipe de chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Chine, l'Académie chinoise des sciences et l'Université des sciences et technologies du Sud, a découvert un motif stimulant dans les sections efficaces observées dans une réaction F + HD → HF + D. Dans leur article publié dans la revue Science , le groupe décrit leur approche à deux volets pour en savoir plus sur le rôle des interactions relativistes spin-orbite dans les réactions chimiques. T. Peter Rakitzis, avec l'Université de Crète, et IESL-FORTH, a publié un article Perspectives dans le même numéro de revue décrivant la difficulté d'étudier les réactions chimiques au niveau quantique et le travail effectué par l'équipe en Chine.
Étudier les réactions chimiques telles qu'elles se produisent au niveau quantique est un travail difficile - non seulement plusieurs choses se produisent presque en même temps, mais les réactions les plus intéressantes se produisent en très peu de temps. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont cherché à surmonter ces problèmes et à en savoir plus sur ce qui se passe lors d'un seul type de réaction :la réaction F + HD → HF + D. À cette fin, ils ont appliqué une approche à deux volets pour capturer ce qui se passe lorsque les réactifs se dispersent en raison des effets quantiques.
La première partie de leur expérience impliquait l'utilisation d'une carte de vitesse de haute qualité, technique des faisceaux croisés pour en savoir plus sur les résonances des ondes partielles. La deuxième partie consistait à créer des simulations basées sur des théories sur ce qui devrait se produire dans de telles réactions. Comme le notent les chercheurs, pendant une condition de collision, un dispositif à faisceaux croisés moléculaires peut détecter le produit résolu en angle de diffusion avec une résolution d'état de rotation.
L'utilisation conjointe des données de l'appareil et des simulations (qui comprenaient des effets de moment angulaire électronique) a permis à l'équipe d'observer l'effet de moment angulaire électronique au cours d'une réaction chimique. Cela a également permis aux chercheurs d'observer un motif en forme de fer à cheval intéressant dans les coupes transversales de la réaction au fur et à mesure qu'elle se déroulait, dans le sens de la diffusion. La partie théorique de leur expérience a suggéré que la conception unique du motif est due à l'interférence quantique qui s'est produite entre la division spin-orbite positive et négative et les résonances semi-onde. Les chercheurs suggèrent que leurs résultats fournissent un exemple d'interactions spin-orbitales influençant la dynamique d'une réaction.
Les cercles de gauche sont la mesure expérimentale des sections efficaces différentielles d'état résolues du produit de la réaction F+HD, l'image de droite est la fonction d'onde de résonance d'onde partielle associée à la réaction. Crédit :DICP
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