在光化学动态上闪耀光明

当一个分子吸收光时，就会引发一系列反应。这包括新化学键的形成，甚至是重新排列同一分子内原子的顺序，以创造新的化学物质。这些光引起的变化被称为光化学动力学，研究起来很有挑战性，因为它们可以在飞秒的时间尺度上发生，速度如此之快，即使是最快的相机也很难跟上。阿特·布拉格博士和他在约翰·霍普金斯大学的研究小组一直在通过使用超快激光光谱学来解决这个问题，从而对最快的反应是如何发生的有了新的认识。

分子如何与光线相互作用在我们的日常生活中起重要作用。我们认为对象颜色的方式之一是因为它吸收了所有其他波长的光，而是只反映我们认为的颜色。但是，有时我们称之为光子的光能数据包 - 允许我们看到颜色和对象 - 不是那么良性。光子的吸收实际上可以引发改变物种的化学结构的反应。

一个常见的例子是涂料和织物如何在暴露于光线时失去颜色并降级。当分子随时间吸收光子及其能量时，它们开始分解并形成具有不同光学性质的新化学物质而多的光学性质。

然而，与光的相互作用不必对分子具有破坏性。一些分子使用光能作为踢形成新的化学键。这种光化学是合成化学家采用的常见伎俩，以制备不能通过常规方法形成的新化学物质，例如加热。

Art Bragg博士及其在John Hopkins的团队正在使用最先进的激光技术来究竟在分子吸收光子后发生的过程。通过使用脉冲飞秒激光器，能够产生持续的光子突发，持续一秒钟，他已经拼凑在一起的详细机制，这些机制如何通过光改变分子。

光化学
在一组研究项目中，布拉格博士一直在运用他的飞秒光谱技术来了解光化学成键反应的细节。特别是，他探索了一类被称为光诱导电循环反应的化学反应。这是一个广泛的反应家族，其中的电子密度，无论是在一个分子内或两个或两个以上不同的分子之间，重新排列，形成新的化学键在一个连接环。这种化学结构是许多有用化合物的核心，包括多芳香烃，在许多化合物的化学合成中有价值的中间体，包括药物。

Art Bragg博士和他的团队正在使用最先进的激光技术来准确地了解分子吸收光子后发生的过程。

利用超快光谱学和量子化学计算的结合，Bragg博士已经确定了光环化反应中的关键中间结构。通过了解这些结构，Bragg博士已经破译了如何从结构上改变起始分子，从而影响光诱导电环化反应的最终产物。最终，这涉及到改变分子在光子吸收过程后的非平衡状态或激发态中的行为。微调激发态化学是提高重要化合物光诱导合成产物产量的重要步骤。

Photoswitching.
除了驾驶新键的形成之外，光吸收还可以驱动分子的整体形状的变化，称为光异构化的方法。分子中原子的位置的结构重排发生，因为某些配置在激发状态下稳定，其在分子的未受带的地面状态下可以充满活力地无法进入。这使得分子能够在从这些更高能量状态下放松后达到新的结构。
Bragg博士一直专注于分子开关的光刺球过程 - 分子分子，其具有两种不同的稳定几何形状，当它们吸收光时可以互连。虽然两种形式的分子具有所有相同的原子，并且是通常在一个键周围的扭曲方面不同的结构，但它们可以具有非常不同的性质，包括在这种不同波长的吸收光，即两种形式的分子是不同颜色的这种不同的波长。

对于Bragg博士的集团来说，一张表现出较差的开关效率的照片是特别有趣的。该团队发现，该照片开关具有不同的符合子（这是相同异构体的轻微结构变化）。反过来，符合子具有非常不同的松弛动力学，其中一个是对异构化的反应性。此外，该开关的异构化效率受到分子的特定激发状态的影响，并通过光吸收和级联的级联的细节达到，导致其失活。当分子从光子中吸收过量的能量时，这种新的非平衡状态通常是不稳定的，因此分子将尝试找到处理这种过量能量的方法。为此，这可能涉及不同结构之间的转换，通过碰撞将能量失去到周围溶剂分子的溶液中的粘合的振动，或者在溶液中的情况下转换。有多精力放松，系统依赖需要多长时间;一些分子，如我们DNA的一些分子在将光能转化为热量时非常有效，这有助于保护我们免受皮肤癌等疾病，而其他人可能需要更长时间放松，使它们在同时使它们具有高度反应性。

布拉格博士的作品正在帮助我们了解大型有机系统中的复杂光导体动态，这些系统是新的分子光电子的构建块。

光化学开关是一种令人兴奋的分子，因为它们是分子机器的构建块，有可能收获光能并将其转换为有用的机械工作。它们还可用于光学数据存储和分子电子。然而，尽管对这些系统的潜在潜在应用令人兴奋，但仍然有很大的了解，他们如何努力学习以及如何控制其效率和财产 - 正是布拉格博士可以从他提取的详细机制信息实验可以帮助解决。

更清晰的动态探针
作为Bragg博士在有机材料中对光粘体和光硅运动的作用的一部分，有必要开发一些新的光谱技术。为了研究光抑制的超快动态，通常使用双脉冲方案。一个激光脉冲触发了感兴趣的光化学和作为反应的起始枪，第二脉冲作为“相机”起作用，探测系统经历的变化。

For complex systems, the information obtained by the probe pulse can be difficult to interpret and so Dr Bragg has introduced more complex pulse schemes known as ‘pump-push-probe’ to help isolate which features in the probe signals belong to which of the molecules by selectively manipulating the photochemistry of only some molecular conformers or excited state species.

布拉格博士的研究是帮助我们了解大型有机系统中的复杂光诱导动力学，这些系统是新型分子光电子的构建块，包括有机发光二极管和太阳能电池材料。目前，令人难以置信的光引起反应的速度以及没有一般性的，真正预测的分子动态的预测性理论意味着这在很大程度上是未开发的领域，尽管需要解锁这些分子系统的全部功率和潜力。