Реакције колизионог преноса наелектрисања (ЦЦТР) се широко налазе у сложеним окружењима у гасној фази као што су међузвездани медијум, планетарне атмосфере и плазме, итд. Истраживање механизама ЦЦТР на молекуларном нивоу је научно важно за анализу еволуције материје и процеса преноса енергије у овим сложеним окружењима у гасној фази.Ар плус плус Н2 → Ар плус Н2 плус је класични моделни систем за истраживање динамике ЦЦТРс и екстензивно је експериментално и теоријски истраживан у последњих пола века. експерименталне и теоријске студије у протеклих пола века. Међутим, познавање механизма преноса наелектрисања на молекуларном нивоу овог модела система је ограничено због контроверзе између различитих експерименталних студија и недостатка сагласности између експерименталних и теоријских прорачуна. Ово је због релативно ниске енергетске резолуције сондирања производа у претходним експериментима, што отежава добијање квантног стања дистрибуције производа реакције; у претходним експериментима, снопови јона реактанта садржали су оба спин-орбитна квантна стања Ар плус јона, односно основно стање Ар плус (2П3/2) и побуђено стање Ар плус (2П1/2), што је отежавало разликовање између различита спин-орбитална стања Ар плус јона релативним доприносима производа реакције.
Група Гао Хонга, истраживача у Лабораторији за динамику молекуларне реакције, Института за хемију Кинеске академије наука, самостално је дизајнирала и изградила квантно стање селективан уређај са попречним снопом јона и молекула. Његова енергетска резолуција достиже водећи ниво сличних инструмената у свету. Ова студија је прва која користи ласерску јонизацију за припрему импулсних јонских зрака високе чистоће у одређеним квантним стањима. Кинетичка енергија јонског снопа је континуирано подесива у опсегу од 1.0-5.0 еВ, са ширењем кинетичке енергије од 150-300 меВ. У међувремену, тим је дизајнирао тродимензионални систем за снимање брзине јона, који може истовремено да реализује фокусирање брзине и временско фокусирање јона производа, са резолуцијом брзине до 1,5 процената.
Недавно је тим направио важан напредак у проучавању реакције преноса наелектрисања изабраног у спин-орбиту Ар плус (2П3/2) ＋ Н2 → Ар ＋ Н2 плус (в′, Ј′). У овој студији, пулсни јонски сноп Ар плус (2П3/2) у основном стању спин-орбите са чистоћом бољом од 97 процената је припремљен коришћењем методе вишефотонске јонизације побољшане резонанцом. Јонски сноп стиже до реакционог центра након успореног фокусирања, прелази управно са колимираним Н2 ултразвучним молекуларним снопом и пролази кроз реакцију преноса наелектрисања. Тродимензионална дистрибуција брзине продукта реакције Н2 плус јона је прецизно измерена помоћу тродимензионалног уређаја за снимање брзине јона. Експеримент је дао најбоље решене слике расејања до сада (слика а), а по први пут су прецизно измерене вибрационе и трансдинамичке дистрибуције производа Н2 плус јона и њихова корелација са углом расејања. Професор Хуа Гуо и др Дандан Лу са Универзитета у Новом Мексику, САД, извршили су прорачуне пуно-димензионалног скакања површине на реакционом систему. Прорачуни су постигли полу-квантитативно слагање са експерименталним резултатима, откривајући по први пут механизам преноса наелектрисања који је зависан од вибрацијске динамике производа (сл. бд). Показано је да реакција има два потпуно различита механизма преноса наелектрисања истовремено. Један је класични механизам Харпуновог преноса наелектрисања одређен интеракцијама дугог домета, који се јавља углавном у каналу производа Н2 плус (в′=1). Н2 плус јони произведени овим процесом су концентрисани у области расејања унапред и имају ниску ротационо побуду (слика ц). Други механизам игра главну улогу у каналу производа Н2 плус (в′= 2). Производи канала су претежно распоређени у предњем региону, али имају високу ротационо узбуђење (слика д), што није у складу са предвиђањима класичног модела судара тврде сфере. Теоријски прорачуни показују да се ради о процесу расејања у сјају тешког судара (ХЦЛС) узрокован деликатној равнотежи између атрактивних потенцијала на даљину и кратког домета одбојних потенцијала два реактантна молекула, што је први пут да су научници приметили једно расејање. механизам у реакцији преноса наелектрисања.
Овај рад реализује кинетичку студију колизионог преноса наелектрисања из квантног стања у квантно стање и разјашњава дугогодишњу контроверзу у проучавању класичне реакције преноса наелектрисања Ар плус плус Н2 → Ар плус Н2 плус. Релевантни резултати истраживања објављени су у Натуре Цхемистри (ДОИ: 10.1038/с41557-023-01278-и). Истраживачки рад подржали су Кинеска академија наука, Фондација за природне науке из Пекинга и Национални истраживачки центар за молекуларне науке у Пекингу.
ИЦЦ и други су постигли напредак у проучавању реакција преноса наелектрисања са селекцијом стања спин-орбите
(а) Дијаграм расејања производа Н2 плус , (б) теоретски израчунате дистрибуције ротационог квантног стања различитих нивоа вибрационе енергије Н2 плус и корелациони графикони ротационих побуда наспрам углова расејања за в′=1 (ц) и в′=2 (д) нивои вибрационе енергије од Н2 плус .
