تصادم چارج ٹرانسفر ری ایکشنز (CCTRs) پیچیدہ گیس فیز ماحول جیسے انٹرسٹیلر میڈیم، سیاروں کے ماحول اور پلازما وغیرہ میں بڑے پیمانے پر پائے جاتے ہیں۔ مالیکیولر سطح پر CCTRs کے میکانزم کو دریافت کرنا مادے کے ارتقاء اور توانائی کی منتقلی کے عمل کا تجزیہ کرنے کے لیے سائنسی طور پر اہم ہے۔ ان پیچیدہ گیس فیز ماحول میں۔Ar پلس پلس N2 → Ar plus N2 plus CCTRs کی حرکیات کی چھان بین کے لیے کلاسیکی ماڈل سسٹم ہے، اور پچھلی نصف صدی کے دوران تجرباتی اور نظریاتی طور پر اس کی وسیع پیمانے پر چھان بین کی گئی ہے۔ گزشتہ نصف صدی میں تجرباتی اور نظریاتی مطالعہ. تاہم، اس ماڈل سسٹم کی مالیکیولر سطح پر چارج ٹرانسفر میکانزم کا علم مختلف تجرباتی مطالعات کے درمیان تنازعہ اور تجرباتی اور نظریاتی حسابات کے درمیان معاہدے کی کمی کی وجہ سے محدود ہے۔ اس کی وجہ پچھلے تجربات میں پروڈکٹ پروبنگ کی نسبتاً کم انرجی ریزولوشن ہے، جس کی وجہ سے ری ایکشن پروڈکٹس کی کوانٹم اسٹیٹ ڈسٹری بیوشن حاصل کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ پچھلے تجربات میں، ری ایکٹنٹ آئن بیم میں Ar پلس آئنوں کی دونوں سپن-آربٹ کوانٹم حالتیں تھیں، یعنی زمینی حالت Ar Plus (2P3/2) اور پرجوش حالت Ar Plus (2P1/2)، جس کے درمیان فرق کرنا مشکل ہوتا ہے۔ آر پلس آئنوں کی مختلف اسپن مداری حالتیں رد عمل کی مصنوعات کے رشتہ دار شراکت میں۔
گاؤ ہانگ کے گروپ، مالیکیولر ری ایکشن ڈائنامکس کی لیبارٹری، انسٹی ٹیوٹ آف کیمسٹری، چائنیز اکیڈمی آف سائنسز کے ایک محقق نے آزادانہ طور پر ایک کوانٹم اسٹیٹ سلیکٹیو آئن مالیکیول کراس بیم ڈیوائس کو ڈیزائن اور بنایا۔ اس کی توانائی کی ریزولیوشن دنیا میں اسی طرح کے آلات کی صف اول تک پہنچ جاتی ہے۔ یہ مطالعہ مخصوص کوانٹم حالتوں میں اعلیٰ پاکیزگی والی پلسڈ آئن بیم تیار کرنے کے لیے لیزر آئنائزیشن کا استعمال کرنے والا پہلا مطالعہ ہے۔ آئن بیم کی حرکی توانائی 10-5 کی حد میں مسلسل ایڈجسٹ ہوتی ہے۔{6}} eV، 150-300 meV کی حرکی توانائی کے پھیلاؤ کے ساتھ دریں اثنا، ٹیم نے ایک تین جہتی آئن ویلوسٹی امیجنگ سسٹم ڈیزائن کیا، جو بیک وقت 1.5 فیصد تک کی رفتار ریزولوشن کے ساتھ، پروڈکٹ آئنوں کے فوکس کرنے والی رفتار اور وقت کی توجہ کا احساس کر سکتا ہے۔
حال ہی میں، ٹیم نے اسپن مدار ریاست کے ذریعے منتخب کردہ چارج ٹرانسفر ری ایکشن Ar Plus (2P3/2) ＋ N2 → Ar ＋ N2 پلس (v′, J′) کے مطالعہ میں اہم پیش رفت کی ہے۔ اس تحقیق میں، سپن-مدار زمینی حالت میں Ar Plus (2P3/2) کی ایک سپندتی ہوئی آئن بیم 97 فیصد سے بہتر پاکیزگی کے ساتھ ایک گونج میں اضافہ شدہ ملٹی فوٹون آئنائزیشن طریقہ استعمال کرتے ہوئے تیار کی گئی۔ آئن بیم سست توجہ مرکوز کرنے کے بعد رد عمل کے مرکز تک پہنچتا ہے، کولیمیٹڈ N2 الٹراسونک مالیکیولر بیم کے ساتھ کھڑا ہوتا ہے اور چارج ٹرانسفر ری ایکشن سے گزرتا ہے۔ ری ایکشن پروڈکٹ N2 پلس آئنوں کی تین جہتی رفتار کی تقسیم کو تین جہتی آئن ویلوسٹی امیجنگ ڈیوائس کے ذریعے درست طریقے سے ماپا گیا۔ اس تجربے سے آج تک سب سے بہتر حل شدہ بکھرنے والی تصاویر حاصل ہوئیں (تصویر اے)، اور پہلی بار، پروڈکٹ N2 پلس آئنوں کی کمپن اور ٹرانس ڈائنامک تقسیم اور بکھرنے والے زاویہ کے ساتھ ان کے تعلق کو درست طریقے سے ناپا گیا۔ یونیورسٹی آف نیو میکسیکو، USA کے پروفیسر ہوا گو اور ڈاکٹر ڈانڈن لو نے رد عمل کے نظام پر مکمل جہتی رفتار کی سطح کا حساب لگایا۔ حسابات تجرباتی نتائج کے ساتھ ایک نیم مقداری سمجھوتے پر پہنچ گئے، پہلی بار ردعمل کے مضبوط پروڈکٹ کمپن ڈائنامکس پر منحصر چارج ٹرانسفر میکانزم (تصویر bd) کو ظاہر کرتا ہے۔ یہ دکھایا گیا ہے کہ رد عمل میں بیک وقت چارج کی منتقلی کے دو بالکل مختلف میکانزم ہوتے ہیں۔ ایک کلاسیکی ہارپون چارج ٹرانسفر میکانزم ہے جو طویل فاصلے تک تعاملات کے ذریعہ طے کیا جاتا ہے، جو بنیادی طور پر N2 پلس (v′=1) پروڈکٹ چینل میں ہوتا ہے۔ اس عمل سے پیدا ہونے والے N2 پلس آئن فارورڈ بکھرنے والے خطے میں مرتکز ہوتے ہیں اور ان میں کم گردشی اتیجیت ہوتی ہے (تصویر سی)۔ دوسرا طریقہ کار N2 پلس (v′= 2) پروڈکٹ چینل میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ چینل پروڈکٹس بنیادی طور پر فارورڈ ریجن میں تقسیم کیے جاتے ہیں لیکن ان میں زیادہ گردشی جوش (تصویر d) ہوتا ہے، جو کلاسیکی ہارڈ اسفیئر ٹکراؤ ماڈل کی پیشین گوئیوں سے مطابقت نہیں رکھتا۔ نظریاتی حسابات سے پتہ چلتا ہے کہ یہ ایک سخت تصادم گلوری سکیٹرنگ (HCLS) عمل ہے جس کی وجہ دو ری ایکٹنٹ مالیکیولز کے طویل فاصلے پر کشش اور قلیل رینج کی قابل نفرت صلاحیتوں کے درمیان نازک توازن کی وجہ سے ہے، یہ پہلی بار ہے کہ سائنسدانوں نے ایک واحد بکھرنے کا مشاہدہ کیا ہے۔ چارج ٹرانسفر ری ایکشن میں میکانزم۔
یہ کام کوانٹم حالت سے کوانٹم حالت میں تصادم کے چارج کی منتقلی کے متحرک مطالعہ کا ادراک کرتا ہے، اور کلاسیکی چارج ٹرانسفر ری ایکشن Ar پلس N2 → Ar plus N2 plus کے مطالعہ میں دیرینہ تنازعہ کو واضح کرتا ہے۔ متعلقہ تحقیقی نتائج نیچر کیمسٹری میں شائع کیے گئے تھے (DOI: 10.1038/s41557-023-01278-y)۔ تحقیقی کام کو چائنیز اکیڈمی آف سائنسز، بیجنگ کی نیچرل سائنس فاؤنڈیشن اور بیجنگ میں نیشنل ریسرچ سینٹر فار مالیکیولر سائنسز نے تعاون کیا۔
آئی سی سی اور دیگر نے اسپن مدار ریاست کے انتخاب کے ساتھ چارج کی منتقلی کے رد عمل کے مطالعہ میں پیش رفت کی۔
(a) پروڈکٹ N2 پلس کا بکھرنے والا خاکہ، (b) نظریاتی طور پر N2 پلس کی مختلف کمپن توانائی کی سطحوں کی گردشی کوانٹم ریاست کی تقسیم اور v′=1 کے لیے بکھرنے والے زاویوں کے مقابلے میں گردشی اتیجیت کے ارتباطی پلاٹوں کا حساب کتاب v′=2 (d) N2 پلس کی کمپن توانائی کی سطح۔
