* * *

1. * * *

2. Marzenia chemików z MIT

3. "WISH LIST" MIT 2000 • Konstrukcje supramolekularne, sztuczne receptory • Samoreprodukujące się molekuły i samokorygujące się reakcje chemiczne • Chemia kombinatoryczna z transformacjami ewolucyjnymi • Kontrola orientacji przestrzennej molekuł

4. "WISH LIST" MIT 2000 (c.d.) • Synteza chemiczna poprzez pulsy laserowe • Reakcje bez rozpuszczalników • Chemia pojedynczej molekuły • Kontrola wzrostu kryształów • Kompleksy endohedralne • Nowe teorie reakcji chemicznych.

5. Chemia ma dawać lepsze produkty • skuteczne leki, superwytrzymałe materiały, trwałe farby, itp. • czy taka będzie jej najważniejsza rola? nie ...

6. Są to niewątpliwie bezpośrednie cele chemii. Wydaje się, że brak jednak odpowiedzi na pytanie: co będziemy robić, gdy to wszystko będziemy umieli?

7. *

8. Sterowanie reakcjami chemicznymi przez pulsy laserowe

9. Na razie jesteśmy daleko od tego celu:Przeświadczenie, że wystarczy dać dużo fotonów o częstości odpowiadającej drganiu rozciągającemu wiązania, aby je zdysocjować okazało się zbyt optymistyczne dla molekuł wieloatomowych

10. Ostateczny cel: z konkretnego stanu substratów do konkretnego stanu produktów • Jeśli via elektronowy stan wzbudzony, to jest to obecnie niekontrolowalne • Jeśli wszystko odbywa się w elektronowym stanie podstawowym, to jest to półkontrolowalne (matryce gazowe, stymulowana emisja, itp. stabilizują produkt)

11. Dwa izomery mogą być uważane za dwa stany wibracyjne tego samego stanu elektronowego (podstawowego) Izomer 2 Izomer 1

12. Izomeryzacja może wobec tego polegać na odpowiednim wzbudzeniu jednego izomeru Przykład: HO-N=O

13. H-O-N=O (Baldeschwieler i Pimentel, JCP 33(1960)1008) • pierwsza indukowana przez IR izomeryzacja • pierwsze przejście fotochemiczne stymulowane wibracyjnie. • fotowzbudzenie rozciągającego pasma OH, a potem konwersja energii do drgania torsyjnego

14. Molekuła w oscylującym polu elektrycznym falowanie PES,co oznacza możliwość przemieszczania punktu w przestrzeni konfiguracyjnej

15. Przykład koncepcji teoretycznej J.Manz, G.K.Paramonov, M.Polasek, C.Schuette Isr.J.Chem.34(1994)115-125

16. Be2H3D-produkt: symetria C3v

17. Be2H3D- substrat: symetria (po uśrednieniu) C2v H Be Be D H H

18. Be2H3D-i dwie współrzędne kątowe, które przeprowadzają substraty w produkty (i odwrotnie)

19. Be2H3D-mapa energii jako funkcji kątów

20. Uproszczenie: jedna zmienna Profil energetyczny reakcji i funkcje oscylacyjne (pokazane tylko stany parzyste) produkt produkt substrat

21. Równanie Schroedingera dla ruchu jąder

22. Równanie Schroedingera dla ruchu jąder Hamiltonian molekuły izolowanej: Hmol (R) Hamiltonian dla molekuły w polu elektrycznym E: H=Hmol(R) -μ(R) ε(t) μ(R) jest momentem dipolowym obliczonym dla konfiguracji jąder R

23. Dynamika w polu lasera

24. Konstrukcja sekwencji impulsów laserowych faza Kierunek pola elektrycznego: wzdłuż osi Be-Be amplituda profil tłumienia oscylacje profil tłumienia

25. Cztery pulsy i populacje stanów... nienakrywające się pulsy optymalne

26. Optymalne 4 pulsy...

27. Optymalna sekwencja wzbudzeń:0 4 14 2216

28. Jak rozdzielić izotopy?

29. Układ poziomów energetycznych byłby inny dla innego izotopomeru Wniosek: fotoreakcja zaszłaby selektywnie dla wybranego izotopomeru

30. Po reakcji fotochemicznej dodanie odpowiedniego odczynnika powoduje powstanie osadu tylko z jednym izotopem

31. Wnioski z obliczeń teoretycznych • Osiągnięto wydajność sekwencji 4 pulsów ok. 95% produktu (wydajność mało zależała od wyboru faz φk k=1,...4) • Sekwencja pulsów laserowych powoduje obsadzenie na końcu jednego stanu wibracyjnego produktów. Po drodze obsadzanych jest kilka stanów oscylacyjnych w studni substratów, potem stan zdelokalizowany, a na końcu wymuszenie emisji do stanu oscylacyjnego w studni produktów • Sekwencja pulsów przeprowadza układ od substratów do produktów. Reakcja produktysubstraty wymaga innej sekwencji pulsów • Sekwencja pulsów jest specyficzna dla konkretnego izotopomeru, co umożliwia rozdzielanie izotopów metodą fotochemiczną

32. Światło jako precyzyjny odczynnik chemiczny:Przeprowadzanie reakcji chemicznych za pomocą grzania palnikiem jest działaniem prymitywnym. W przyszłości sekwencja laserowych pulsów pikosekundowych zrobi to precyzyjnie do żądanego produktu

33. Jak zaplanować sekwencję pulsów laserowych? • Za pomocą obliczeń kwantowomechanicznych (bardziej realistycznych niż przedstawione wyżej) • Za pomocą metod sztucznej inteligencji

34. Dygresja: Sieć neuronowa

35. Dygresja c.d. • Sieć neuronowa oparta jest na architekturze równoległej (podobnie jak mózg) • Wiele połączeń • Połączenia wpływają na siebie • Wagi połączeń adaptują się do przykładów uczących • Sieć nadaje się do analizy danych niepełnych i niepewnych • Sieć jest tylko częściowo podatna na zniszczenie

36. Sterowanie laserowe: Jak sobie radzimy teraz? • Herschel Rabitz: dać przypadkową sekwencję pulsów laserowych • Ocena stężenia uzyskanego właściwego produktu c(K,εk0,k,φk,tk,tpk) • Modyfikacja parametrów K,εk0,k,φk,tk,tpk • Ocena stężenia uzyskanego właściwego produktu • ... • Maksymalizacja wydajności właściwego produktu c(K,εk0,k,φk,tk,tpk) • Jak dotychczas kontrola molekuły H2S...

37. Cechy szczególne tego podejścia • „Wykorzystujemy układ jako komputer” 1000 razy na sekundę. Cel: kontrolować jego kwantowe zachowanie się • Uczymy się takiej sekwencji pulsów, aby uzyskać sukces • Jest to podejście bardzo ogólne • Wada: nie wiemy dlaczego uzyskujemy sukces (bo podejście fenomenologiczne) • Nadzieja, że będziemy to mogli wydedukować

38. *