| 中, 최초로 화학반응에서의 "코로나루프" 현상 관측 | ||
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 최근 중국과학기술대학 왕싱안(王興安) 교수와 중국과학원 다롄화학물리연구소 쑨즈강(孫志剛) 연구원, 장둥후이(張東輝)/양쉐밍(楊學明) 원사는 공동 연구를 통하여 최초로 자체적으로 발전시킨 현단계 최고 해상도 교차분자빔 이온 이미징 기술을 적용하여 화학반응 산란에서의 코로나루프 현상을 관측하였다. 또한 양자 분자반응 동역학 이론을 결합하여 최초로 상기 현상에 숨겨진 반응동역학 메커니즘을 규명하였다. 해당 연구 성과는 "Nature Chemistry"에 게재되었다. 대기에서 태양광이 미세 물방울에 비칠 때 기상조건이 양호할 경우 태양 주변에서 일련의 아름다운 광환을 관찰할 수 있다. 대기광학에서는 이를 코로나루프라고 부른다. 대기광학 연구에 따르면 이러한 자연현상의 발생은 빛이 물방울 표면에서 전방 회절할 때 생성되는 광간섭 영상에서 비롯된다. 물리학적 관점에서 상기 자연현상의 발생 원리는 유명한 양씨(楊氏) 2중 슬릿 간섭 현상과 매우 흡사한데 모두 광양자의 파동특성에 의해 발생한 간섭현상이다. 특히 언급해야 할 점은 코로나루프 구조가 공기에서 물방울의 크기를 직접적으로 분석·추정하는데 도움을 준다는 것이다. 대기 광산란과 유사하게 기상화학반응 또한 엄격하게 말하면 원자와 분자의 산란과정이다. 비교적 독특한 점은 해당 산란과정은 오래된 화학결합의 분열과 새로운 화학결합의 형성을 동반한다. 반응 생성물의 공간산란 구조는 화학반응 진행과정의 미시적 메커니즘을 직접적으로 반영한다. 따라서 분자상태－상태 분별의 산란동역학에 대한 연구는 기상 분자반응 메커니즘을 깊게 이해하는 중요한 방법이다. 최근 몇 년간 속도 영상화 기술은 화학반응 메커니즘 연구를 위한 중요한 실험 방법으로 되고 있다. 연구팀은 반응상태－상태 정보를 보다 정확하게 획득하기 위해 이미징 실험의 해상도를 높이는데 노력을 기울였다. 왕싱안 교수와 양쉐밍 원사가 이끄는 연구팀은 한계값 레이저 전리 기술과 속도 영상화 기술을 결합시킨 교차분자빔 반응동역학 연구장치를 자체적으로 개발함으로써 실험에서 획득한 H원자 생성물의 속도 해상도를 세계 동일 유형 기기의 최고 수준에 도달시켰다. 연구팀은 해당 장치를 사용해 화학에서 가장 전형적인 H+HD®H2+D 반응에 대한 실험 동역학 연구를 통해 최초로 해당 반응 생성물의 완전 양자상태 분별을 위한 생성물 속도 영상을 획득하였다. 또한 실험 차원에서 최초로 반응 전방산란 생성물에 존재하는 각분포(angular distribution) 진동 현상을 관측하였다. 쑨즈강 연구원과 장둥후이 원사 등은 정밀 양자동역학 분석을 통해 해당 각분포 진동 현상은 사실상 산란 과정에서 적은 수의 몇 개 부분파 산란의 각분포 구조에서 비롯됨을 발견하였다. 이러한 진동 구조에 대한 측정 및 분석을 통해 전방 산란을 유발하는 반응 과도상태 및 중간체의 크기를 알 수 있을 뿐만 아니라 이러한 전방 진동 구조가 구체적으로 어느 몇 개 산란 부분파에서 유래하는지를 알 수 있다. 연구팀은 이러한 화학반응에서 최초로 발견한 전방 산란 진동 구조는 3차원 산란 이미지에서 대기광학으로 관측한 코로나루프의 산란 이미지와 매우 흡사함을 발견하였다. 빛과 물방울의 코로나루프 산란 관측을 통해 자연계의 물방울 크기를 밝힐 수 있고 화학반응에서의 전방 각분포 진동 구조에 대한 관측을 통해 화학반응의 과도상태 구조 및 동역학을 확실히 연구할 수 있다. 정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2018/4/410636.shtm |
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