Post-collision relaxation of small protonated molecular clusters
Relaxation post-collisionnelle de petits agrégats moléculaires protonés
Résumé
Small protonated molecular clusters are present in the Earth’s atmosphere and participate in the early stages of the formation of atmospheric aerosols. Combining experiments with the Molecular Cluster Irradiation Device of Lyon and several theoretical methods, we study the relaxation mechanisms of these small clusters following a short-time excitation (fs) of one of the molecules of the cluster. Indeed, this localized energy deposition in one of the molecules leaves the cluster in a state very far from the thermal equilibrium and several relaxation mechanisms are observed. The competition between the evaporation of a molecule, the fragmentation of molecules, and intra-cluster reactivity is studied. The results are compared for different protonated molecular clusters; mixed pyridine-water clusters, methanol clusters, and glycine clusters. In the case of glycine, peptide formation is observed in the cluster source. On one hand, the predominant abundance of proton mixed clusters consisting of diglycine and glycine is in agreement with the results of proton affinity calculations based on density functional theory. On the other hand, the formation of dipeptide and the elongation of the peptide chain was evidenced in a single unimolecular reaction. The measurement of the velocity distribution of the water molecule eliminated by the polymerization reaction shows the presence of different reaction paths for which the role of the proton has been explored with density functional theory. The results obtained with the phase space theory for small protonated methanol clusters show that the measurements of the branching ratios and of the distributions of the kinetic energy released by the relaxation processes constrain the theoretical description. These results underline the importance of the energy transfer between molecules. Finally, experiments carried out from high-velocity cluster-atom collisions will be extended with the use of proton beams from 10 to 150 keV, the implementation of which has been carried out.
Les petits agrégats moléculaires protonés sont présents dans l’atmosphère terrestre et participent aux premières étapes de la formation des aérosols atmosphériques. L’utilisation combinée du Dispositif d’irradiation d’agrégats moléculaires de Lyon et de plusieurs méthodes théoriques permet l’étude statistique des mécanismes de relaxation de ces petits agrégats suite à une excitation sur un temps court (fs) d’une des molécules de l’agrégat. En effet, ce dépôt d’énergie localisé dans une des molécules de l’agrégat place celui-ci dans une situation très éloignée de l’équilibre thermique et plusieurs mécanismes de relaxation sont observés. La compétition entre l’évaporation d’une molécule, la fragmentation des molécules, et la réactivité est étudiée. Les résultats sont comparés pour différents agrégats moléculaires ; agrégats mixte pyridine-eau, agrégats de méthanol, et agrégats de glycine. Dans le cas de la glycine, la formation de peptide est observée dans la source d’agrégats. La production dominante d’agrégats mixtes protonés formés de diglycine et de glycine est interprétée à partir des résultats des calculs d’affinité protonique basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité. Par ailleurs, la formation du dipeptide et l’allongement de la chaîne peptique ont été mis en évidence dans une réaction unimoléculaire. La mesure de la distribution de vitesse de la molécule d’eau éliminée par la réaction de polymérisation montre la présence de différents chemins de réaction pour lesquels le rôle du proton a été exploré par des calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité. Les résultats obtenus avec la théorie de l’espace de phase sur les petits agrégats de méthanol montrent que les mesures des rapports de branchement et des distributions d’énergie cinétique libérée lors de la relaxation contraignent la description théorique et soulignent l’importance du temps de transfert d’énergie entre les molécules. Enfin, les expériences réalisées à partir de collisions agrégat-atome à haute vitesse seront étendues avec l’utilisation de faisceaux de protons de 10 à 150 keV dont la mise en œuvre a été réalisée.
Domaines
Physique [physics]| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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