Международный коллектив ученых из Сибирского федерального университета (СФУ), университета Сорбонны, шведского Королевского института технологий и сотрудников синхротрона SOLEIL (Франция) разработал принципиально новый метода определения структуры вещества с помощью рентгеновского излучения. Этот метод станет востребованным инструментом для исследования тонкой структуры сложных молекулярных комплексов. Результаты работы опубликованы в Journal of Chemical Physics Letters.
Фото: СФУ
Фото: American Chemical Society
Метод, предложенный учеными Института нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии СФУ, основан на обмене энергией между двумя атомами (молекулами, хромофорами в белках и т. п. наночастицами) при их облучении рентгеновскими импульсами. Рентгеновский фотон выбивает из атома электрон, но этот процесс идет в два этапа. Выбитый фотоном электрон находится на самом низком энергетическом уровне в атоме, который ученые назвали «атомом-донором». В нем на место вылетевшего электрона «спрыгивает» электрон с более высокого уровня. При этом он испускает фотон, который поглощается соседним «атомом-акцептором», из которого, в свою очередь, вылетает электрон.
«Атомы акцептора и донора расположены на определенном расстоянии друг от друга. Положительный заряд ионизованного атома донора изменяет энергию вылета электрона из атома-акцептора. Знание этой величины дает возможность установить тип атома-акцептора и расстояние между атомами. Эта информация позволяет определить всю структуру исследуемого вещества»,— поясняет доктор физико-математических наук Фарис Гельмуханов из СФУ.
Теоретически это явление, которое физики назвали дальнезонным резонансным переносом энергии (FZRET: Far-Zone Resonant Energy Transfer), нарушает классический ферстеровский закон резонансного переноса энергии. Но оно блестяще подтвердилось в экспериментах на электронном ускорителе (синхтороне) SOLEIL близ Парижа. Таким образом, создан чрезвычайно чувствительный инструмент, дающий ученым уникальную возможность не просто описать «застывшую» структуру вещества, но и отслеживать ее изменения в реальном временном масштабе с разрешением порядка 10-30 ангстрем. При таком разрешении в буквальном смысле видно, как шевелятся атомы в молекулах. В настоящее время другими методами анализа структуры вещества это практически невозможно сделать.
Красноярские физики, работа которых ведется при поддержке Российского научного фонда, надеются еще больше повысить чувствительность метода на более мощных синхротронах, чем SOLEIL, в частности на линейном ускорителе электронов XFEL (European X-ray Free Electron Laser), недавно построенном в Гамбурге при самом активном участии России.
Сергей Петухов