Vibronic coupling in a potential astronomical molecular ion
Vibronic coupling in a potential astronomical molecular ion

Vibronische koppeling in een potentieel astronomisch moleculair ion

Cyanoacetyleen, HC3N, is een molecuul dat wijdverspreid is in het universum, ondanks zijn ogenschijnlijk exotische aard. Nadat het meer dan vijftig jaar geleden voor het eerst werd ontdekt in interstellaire wolken, is het inmiddels ook gevonden in proto-planetaire schijven, andere sterrenstelsels en zelfs in de ijzige wolken van Saturnusmaan Titan. De geïoniseerde variant, HC3N+, is echter veel ongrijpbaarder: het is slechts zelden in het laboratorium bestudeerd en door het ontbreken van nauwkeurige spectroscopische laboratorium vingerafdrukken is het nog niet in de ruimte gedetecteerd.

Onderzoekers van HMFL-FELIX hebben nu voor het eerst de vibrationele spectrale vingerafdruk van het cyanoacetyleen-kation gemeten door gebruik te maken van de brede afstembaarheid van de FELIX-vrije-elektronenlasers van midden- tot ver-infrarood. Hiervoor moesten ze de reactieve moleculen in een ionenval isoleren en afkoelen tot cryogene temperaturen. Ze werkten samen met de Theoretical Chemistry-groep van het Institute for Molecules and Materials (IMM) om het waargenomen ingewikkelde splitsingspatroon in het trillingsspectrum als gevolg van vibronische koppeling te begrijpen.

Deze splitsingen worden veroorzaakt door koppelingseffecten van de elektronische en trillingsbeweging van de moleculen, het Renner-Teller-effect genoemd, en vereisen een theoretische behandeling die verder gaat dan de standaardmethoden. Zowel de gebruikte actie spectroscopische methode als het ontwikkelde theoretische raamwerk zijn vrij algemeen en kunnen gemakkelijk worden uitgebreid om de vibronische koppelingseffecten te onderzoeken in een overvloed aan andere reactieve lineaire open-shell ionen die niet vatbaar zijn voor standaard spectroscopische technieken.

Vibronic coupling in a potential astronomical molecular ion

Afgezien van de fundamentele interesse in deze moleculaire systemen, wordt aangenomen dat velen van hen de aanjagers zijn van interstellaire chemie naar moleculaire complexiteit vanwege hun grote reactiviteit. De infrarode spectrale vingerafdrukken die met FELIX zijn vastgelegd, komen overeen met het waarnemingsbereik van de onlangs gelanceerde James Webb-ruimtetelescoop en vormen nu de basis voor het zoeken naar het cyaanacetyleen-kation in de ruimte.

Deze gezamenlijke experimentele en theoretische inspanning is een van de projecten binnen een NWO National Roadmap Grant die in 2020 is toegekend voor de ontwikkeling van geavanceerde instrumentatie en nieuwe experimentele technieken bij HFML-FELIX.

Artikel

A vibrational action spectroscopic study of the Renner-Teller and spin-orbit-affected cyanoacetylene radical cation HC3N+

Kim Steenbakkers, Aravindh N. Marimuthu, Britta Redlich, Gerrit C. Groenenboom, and Sandra Brünken

10. Chem. Phys. 158 (2023) 084305, https://doi.org/10.1063/5.0135000

Contactinformatie