معرفی

درک ساختار و پویایی شبکه پیوند هیدروژن در آب برای بسیاری از مشکلات در شیمی ، فیزیک ، زیست شناسی و علوم زمین ضروری است. دستیابی به آب پاک نیز یکی از چالش برانگیزترین سوالها برای بشر در قرن آینده ، به ویژه با چشم انداز تغییرات آب و هوا است. علاوه بر این ، آب در چندین تغییر شیمیایی مربوط به انرژی نقش دارد و ماده اصلی در بسیاری از فرآیندهای محیطی است.   توانایی تشکیل تا چهار پیوند هیدروژنی علاوه بر فعل و انفعالات غیر جهته ای که در مایعات ساده دیده می شود ، منجر به بسیاری از خصوصیات غیرمعمول مانند افزایش چگالی هنگام ذوب ، کاهش ویسکوزیته تحت فشار ، حداکثر چگالی در 4 درجه سانتیگراد ، کشش سطح بالا ، و بسیاری موارد دیگر (به عنوان مثال مراجعه کنید. خصوصیات آب نیز تحت تأثیر املاح مختلف و از طریق برهم کنش در رابط ها است. در رژیم دمای پایین ، زیر نقطه ذوب ، این خصوصیات به ویژه از خصوصیات یک مایع ساده منحرف می شوند. اگرچه ناهنجاری ها در منطقه فوق سرد بسیار شدید است ، اما در شرایط محیطی که بیشتر فرآیندهای فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی آب ها رخ می دهد نیز وجود دارد. یکی از اساسی ترین سوالاتی که برای درک میکروسکوپی آب باید مطرح شود: ساختار و پویایی شبکه پیوند هیدروژن در آب چیست که همه این خصوصیات منحصر به فرد را ایجاد می کند؟ این سوال بیش از 100 سال است که به صورت فشرده مورد بحث قرار گرفته و هنوز حل نشده است.

در بررسی حاضر ، ما به راه های کاملا جدیدی اشاره می کنیم که منابع نور لیزر اشعه ایکس جدید برای بررسی ساختار و پویایی آب از دمای گرم تا رژیم فوق العاده خنک شده در آنجا که خواص ناهنجار شدید می شوند ، باز می شود. بر اساس اندازه گیری اشعه ایکس با یک شات و خنک کننده سریع تبخیری ، اکنون می توان رژیم فوق العاده خنک شده آب را در دماهایی بررسی کرد که قبلاً از مطالعات تجربی جلوگیری کرده اند. از آنجا که انحراف از رفتار ساده مایعات در این دمای پایین بسیار زیاد می شود ، از اهمیت ویژه ای برخوردار است ، که پیشنهاد می شود به دلیل وجود انتقال مایع به مایع باشد. ما همچنین نشان خواهیم داد که چگونه می توان از لیزرهای اشعه ایکس برای مطالعه هسته یخ در دمای کمتر از آنچه در گذشته امکان پذیر بود استفاده کرد. این برای درک تشکیل ابر بسیار ضروری است و می تواند هنگام مدل سازی سناریوهای مختلف تغییر اقلیم ، بینش ارزشمندی ارائه دهد. دیدگاه دیگر استفاده از پالس های لیزر اشعه ایکس فوق کوتاه (فمتوسکند) برای کاوش در پویایی آب ، نه در روش کاوشگر پمپ ، بلکه با دستیابی به پویایی واقعی تعادل حالت زمین است. وقتی نوبت به بررسی طیفی آب با لیزرهای اشعه ایکس می رسد ، باید بفهمیم که چگونه پالس های کوتاه اشعه X بر ساختار الکترونیکی مایع تأثیر می گذارند و چگونه می توان از شدت اشعه X زیاد برای غیرخطی و چند فوتونی جدید استفاده کرد طرح های طیف سنجی اشعه ایکس