మొట్టమొదటిసారిగా, పరిశోధకులు ద్రవ నీటిలో హైడ్రోజన్ బంధాలలో పాల్గొనే అణువులను ప్రత్యేకంగా గమనించారు, గతంలో సైద్ధాంతిక అనుకరణల ద్వారా మాత్రమే అందుబాటులో ఉండే ఎలక్ట్రానిక్ మరియు న్యూక్లియర్ క్వాంటం ప్రభావాలను కొలుస్తారు.
నీరు జీవితానికి పర్యాయపదంగా ఉంటుంది, అయితే H2O అణువులను ఒకచోట చేర్చే డైనమిక్, బహుముఖ పరస్పర చర్య – హైడ్రోజన్ బంధం – రహస్యంగానే ఉంది. నీటి అణువుల మధ్య హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ పరమాణువులు సంకర్షణ చెందుతున్నప్పుడు హైడ్రోజన్ బంధాలు ఏర్పడతాయి, ప్రక్రియలో ఎలక్ట్రానిక్ చార్జ్‌ను పంచుకుంటుంది. ఈ ఛార్జ్-షేరింగ్ అనేది త్రిమితీయ ‘H-బాండ్’ నెట్‌వర్క్ యొక్క ముఖ్య లక్షణం, ఇది ద్రవ నీటికి దాని ప్రత్యేక లక్షణాలను ఇస్తుంది, అయితే అటువంటి నెట్‌వర్క్‌ల గుండె వద్ద ఉన్న క్వాంటం దృగ్విషయాలు ఇప్పటివరకు సైద్ధాంతిక అనుకరణల ద్వారా మాత్రమే అర్థం చేసుకోబడ్డాయి.
ఇప్పుడు, EPFL స్కూల్ ఆఫ్ ఇంజనీరింగ్‌లోని లేబొరేటరీ ఫర్ ఫండమెంటల్ బయోఫోటోనిక్స్ హెడ్ సిల్వీ రోక్ నేతృత్వంలోని పరిశోధకులు కొత్త పద్ధతిని ప్రచురించారు – సహసంబంధ వైబ్రేషనల్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (CVS) – ఇది H-బాండ్‌లో పాల్గొన్నప్పుడు నీటి అణువులు ఎలా ప్రవర్తిస్తుందో కొలవడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. నెట్వర్క్లు. ముఖ్యంగా, CVS శాస్త్రవేత్తలు పాల్గొనే (ఇంటరాక్టింగ్) అణువులు మరియు యాదృచ్ఛికంగా పంపిణీ చేయబడిన, నాన్-హెచ్-బంధిత (నాన్-ఇంటరాక్టింగ్) అణువుల మధ్య తేడాను గుర్తించడానికి అనుమతిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, ఏదైనా ఇతర పద్ధతి రెండు అణువుల రకాలపై ఏకకాలంలో కొలతలను నివేదిస్తుంది, వాటి మధ్య తేడాను గుర్తించడం అసాధ్యం.
“ప్రస్తుత స్పెక్ట్రోస్కోపీ పద్ధతులు సిస్టమ్‌లోని అన్ని అణువుల కంపనాల వల్ల కలిగే లేజర్ కాంతి వికీర్ణాన్ని కొలుస్తాయి, కాబట్టి మీరు చూస్తున్నది మీకు ఆసక్తి ఉన్న పరమాణు పరస్పర చర్య కారణంగా మీరు ఊహించాలి లేదా ఊహించాలి” అని రోక్ వివరించాడు. “CVSతో, ప్రతి వైవిధ్యమైన అణువు యొక్క వైబ్రేషనల్ మోడ్ దాని స్వంత కంపన వర్ణపటాన్ని కలిగి ఉంటుంది. మరియు ప్రతి స్పెక్ట్రమ్ H-బంధాల వెంట ముందుకు వెనుకకు కదిలే నీటి అణువులకు అనుగుణంగా ప్రత్యేకమైన శిఖరాన్ని కలిగి ఉంటుంది కాబట్టి, మనం వాటి లక్షణాలను నేరుగా కొలవగలము. ఎంత ఎలక్ట్రానిక్ ఛార్జ్ భాగస్వామ్యం చేయబడింది మరియు H-బాండ్ బలం ఎలా ప్రభావితమవుతుంది.”
ఏదైనా మెటీరియల్‌లో పరస్పర చర్యలను వర్గీకరించడానికి “పరివర్తన” సంభావ్యత ఉందని బృందం చెప్పే పద్ధతి ప్రచురించబడింది సైన్స్ .
H-బంధం బలాన్ని నేరుగా లెక్కించగల సామర్థ్యం ఏదైనా పరిష్కారం యొక్క పరమాణు-స్థాయి వివరాలను స్పష్టం చేయడానికి ఉపయోగించే శక్తివంతమైన పద్ధతి.
సిల్వియా రోక్
విషయాలను కొత్త కోణంలో చూస్తున్నారు
ఇంటరాక్టింగ్ మరియు నాన్-ఇంటరాక్టింగ్ అణువుల మధ్య తేడాను గుర్తించడానికి, శాస్త్రవేత్తలు ద్రవ నీటిని ఫెమ్టోసెకండ్ (సెకనులో క్వాడ్రిలియన్ వంతు) లేజర్ పల్స్‌తో ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రమ్‌లో ప్రకాశించారు. కాంతి యొక్క ఈ అల్ట్రా-షార్ట్ పేలుళ్లు నీటిలో చిన్న చార్జ్ డోలనాలను మరియు పరమాణు స్థానభ్రంశాలను సృష్టిస్తాయి, ఇది కనిపించే కాంతి ఉద్గారాన్ని ప్రేరేపిస్తుంది. ఈ ఉద్గార కాంతి అణువుల యొక్క ప్రాదేశిక సంస్థ గురించి కీలక సమాచారాన్ని కలిగి ఉన్న ఒక చెదరగొట్టే నమూనాలో కనిపిస్తుంది, అయితే ఫోటాన్‌ల రంగు అణువుల లోపల మరియు వాటి మధ్య పరమాణు స్థానభ్రంశం గురించి సమాచారాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
“సాధారణ ప్రయోగాలు స్పెక్ట్రోగ్రాఫిక్ డిటెక్టర్‌ను ఇన్‌కమింగ్ లేజర్ పుంజానికి 90-డిగ్రీల కోణంలో ఉంచుతాయి, అయితే డిటెక్టర్ స్థానాన్ని మార్చడం ద్వారా మరియు ధ్రువణ కాంతి యొక్క నిర్దిష్ట కలయికలను ఉపయోగించి స్పెక్ట్రాను రికార్డ్ చేయడం ద్వారా పరస్పర చర్య చేసే అణువులను పరిశీలించవచ్చని మేము గ్రహించాము. ఈ విధంగా, మేము నాన్-ఇంటరాక్టింగ్ మరియు ఇంటరాక్టింగ్ అణువుల కోసం ప్రత్యేక స్పెక్ట్రాను సృష్టించగలదు” అని రోక్ చెప్పారు.
H-బాండ్ నెట్‌వర్క్‌ల ఎలక్ట్రానిక్ మరియు న్యూక్లియర్ క్వాంటం ప్రభావాలను వేరు చేయడానికి CVSని ఉపయోగించడం లక్ష్యంగా బృందం మరిన్ని ప్రయోగాలను నిర్వహించింది, ఉదాహరణకు హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్లు (దీనిని మరింత ప్రాథమికంగా చేయడం) లేదా ప్రోటాన్లు (మరింత ఆమ్లంగా చేయడం) ద్వారా నీటి pHని మార్చడం ద్వారా )
“హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్లు మరియు ప్రోటాన్లు H-బంధంలో పాల్గొంటాయి, కాబట్టి నీటి pHని మార్చడం దాని ప్రతిచర్యను మారుస్తుంది” అని పేపర్ యొక్క మొదటి రచయిత అయిన PhD అభ్యర్థి మిస్చా ఫ్లోర్ చెప్పారు. “CVSతో, H-బాండ్ నెట్‌వర్క్‌లకు (8%) ఎంత అదనపు ఛార్జ్ హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్లు విరాళం ఇస్తాయో మరియు దాని నుండి ఎంత ఛార్జ్ ప్రోటాన్లు స్వీకరిస్తాయో (4%) – ఇంతకు ముందు ప్రయోగాత్మకంగా చేయలేని ఖచ్చితమైన కొలతలను మనం ఇప్పుడు ఖచ్చితంగా లెక్కించవచ్చు. ” ఫ్రాన్స్, ఇటలీ మరియు UKలో సహకారులు నిర్వహించిన అధునాతన అనుకరణల సహాయంతో ఈ విలువలు వివరించబడ్డాయి.
సైద్ధాంతిక గణనల ద్వారా వారు ధృవీకరించిన పద్ధతిని ఏదైనా పదార్థానికి అన్వయించవచ్చని పరిశోధకులు నొక్కిచెప్పారు మరియు వాస్తవానికి అనేక కొత్త క్యారెక్టరైజేషన్ ప్రయోగాలు ఇప్పటికే జరుగుతున్నాయి.
“H-బంధం బలాన్ని నేరుగా లెక్కించే సామర్ధ్యం ఏదైనా పరిష్కారం యొక్క పరమాణు-స్థాయి వివరాలను స్పష్టం చేయడానికి ఉపయోగించే ఒక శక్తివంతమైన పద్ధతి, ఉదాహరణకు ఎలక్ట్రోలైట్‌లు, చక్కెరలు, అమైనో ఆమ్లాలు, DNA లేదా ప్రోటీన్‌లను కలిగి ఉంటుంది” అని రోక్ చెప్పారు. “CVS నీటికి మాత్రమే పరిమితం కానందున, ఇది ఇతర ద్రవాలు, వ్యవస్థలు మరియు ప్రక్రియలపై సమాచారం యొక్క సంపదను కూడా అందించగలదు.”
సూచనలు
నీటి హైడ్రోజన్ బాండ్ నెట్‌వర్క్‌ను విడదీయడం: ఛార్జ్ బదిలీ మరియు న్యూక్లియర్ క్వాంటం ప్రభావాలు. సైన్స్.10.1126/science.ads4369
