Фемтохимия и когерентная химия

Освоение коротких лазерных импульсов раздвинуло горизонты химии и внесло в химию новые идеи, объединившиеся в фемтохимии.Во-первых, времена 10-100 фс настолько малы по отношению к периоду колебаний ядер, что за это время ядра почти неподвижны и сохраняют свои положения. Например, в молекуле иода в потенциальной яме основного состояния межатомные расстояния осциллируют между 2,5Е (сжатое состояние) и 5Е (растянутая связь). Фемтосекундный импульс "схватывает" ансамбли молекул с определённым межатомным расстоянием и фазой движений и "переносит" их в новый потенциал почти мгновенно. В этом новом потенциале атомы начинают новое, теперь уже когерентное, синхронное движение. Так фемтоимпульс создаёт волновой пакет - ансамбль молекул-осцилляторов с фиксированной фазой колебаний, заданным межатомным расстоянием и определённой энергией. Другими словами, фемтохимия открыла пути создания когерентных волновых пакетов и стала базой их когерентной химии.

Во-вторых, такое разрешение по времени   соответствует разрешению по координате 0,1 - 0,01 Е; это означает, что именно с таким координатным разрешением осуществляется мониторинг движения ядер на потенциальной поверхности, в том числе на вершине барьера и в его окрестности. Ясно, что речь идёт о спектроскопии и химии переходного состояния: то, что всегда было объектом теоретиков, стало предметом экспериментального исследования. Фемтохимия исследует время движения реагирующих систем на потенциальной поверхности и вводит в химию экспериментальную химическую динамику как высшую, элитарную часть химической кинетики.

В-третьих, осуществляя мониторинг движения ядер по потенциальной поверхности, можно вмешиваться в динамику переходного состояния, производя его энергетическую или фазовую накачку, изменяя направления реакции уже самого переходного состояния; можно сказать, что фемтохимия есть химия переходного состояния.

Новое лицо химии настоящего и, конечно, будущего определяет когерентность - свойство химических систем формировать колебательные, т.е. осциллирующие во времени режимы реакции. Когерентность, т.е. синхронность реакции во времени, проявляется в периодичности скорости реакции и детектируется как осцилляции в выходе продуктов, эмиссии люминесценции, электрохимического тока или потенциала и т.д.

Химическая когерентность существует на двух уровнях : квантовом и макроскопическом. В первом случае когерентно ведёт себя реакционная способность импульсно приготовленного ансамбля реагирующих частиц.
Такой ансамбль осциллирует между состояниями с разной реакционной способностью, и эти осцилляции модулируют выход продуктов реакции.
Во втором случае периодически во времени изменяются концентрации активных реагентов (или интермедиатов). Квантовое происхождение имеет колебательная и спиновая когерентность; самый популярный пример макроскопической когерентности - реакция Белоусова-Жаботинского.
Когерентность вносит в химию такие новые для неё понятия как волновой пакет, фаза, потеря когерентности (расфазирование), интерференция, бифуркации и бифуркационные диаграммы, фазовый портрет, странный аттрактор, фазовая турбулентность. И это не просто новый для химии язык; это новый уровень мышления, новый уровень технологии химического исследования. В когерентной химии случайное, статистическое поведение молекул заменяется поведением организованным, упорядоченным, синхронным: хаос становится порядком.

Список работ 1998 г.

1. Динамика колебательных волновых пакетов, возбуждаемых фазово-модулированным фемтосекундным импульсом света в I2. Химическая физика, 17, No7, с. 10-15, 1998. Лозовой В.В., Титов А.А., Гостев Ф.Е., Товбин Д.Г., Антипин С.А., Уманский С.Я., Саркисов О.М.

2. Влияние структуры лазерных световых импульсов на форму сигнала в классическом фемтосекундном эксперименте "накачка-зондирование". Химическая физика, 17, No 6, с. 16-24 , 1998. Ветчинкин А.С., Лозовой В.В., Саркисов О.М., Уманский С.Я.

3. Experimental demonstration of the coherent control of the molecular iodine vibrational dynamics by chirped femtosecond light pulses. Chem.Phys. Lett. 284 (1998), 221-229. Lozovoy V.V., Antipin S.A., Gostev F.E., Titov A.A., Tovbin D.G., Sarkisov O.M., Vetchinkin A.S., Umanskii S.Ya.