Робин Мэйн Хохштрассер (; , Эдинбург, Шотландия — , Пенсильвания, США) — американский учёный физико-химик шотландского происхождения. Являлся основоположником молекулярной спектроскопии, а также внёс значительный вклад в лазерную химию.

Профессор Университета Пенсильвании (1968) , Почётный Доктор Эдинбургского Университета (2013), член Национальной Академии Наук (1982).

Биография Робин Мэйн Хохштрассер родился и получил образование в Эдинбурге (Шотландия). Его школьное образование было неполным, так как в 15 лет он покинул школу, когда его семья собиралась переехать в Бельгию, но через несколько месяцев вернулась обратно. В 1948 году в возрасте 17 лет он сдал вступительные экзамены в колледж, получив при этом превосходные оценки по математике и химии, несмотря на то, что так и не окончил школу. В 1952 году он получил степень бакалавра в Университете Хериот-Ватт в Шотландии, и в 1955 году степень доктора философа (PhD) в области химии в Эдинбургском Университете. Он написал диссертацию на тему фотохимических явлений на поверхностиHochstrasser, R. M., and M. Ritchie. 1956. The photoformation and thermal decomposition of rubrene peroxide.// Trans. Farad. Soc. 52:1363-1373. Пройдя двухгодичный период срочной службы в Королевских ВВС в ранге офицера-пилота, он изучил основы электроники связанные с высотными радарами. В течение двух лет службы в Королевских ВВС Хохштрассер получил соответствующую степень по математике, которая помогла ему получить серьезный опыт в области прикладной математики и написать учебник по теории группHochstrasser, R. M. 1966. Molecular Aspects of Symmetry.// New York: W. A. Benjamin. Он начал работать в Университете Британской Колумбии в 1957 году в качестве преподавателя, а в 1960 году стал доцентом. В 1963 году перешёл в Университет Пенсильвании, где в 1983 году стал профессором физических наук.

С 1971 года Хохштрассер был редактором «Ресурса сверхбыстрых лазерных исследований» (), а в 1978 году был назначен руководителем Региональной Лаборатории лазерных и биомедицинских исследований, спонсируемой Национальным институтом здравоохранения для развития и применения модернизированных лазерных технологий для проблем биомедицины. С 1975 по 2012 год Хохштрассер являлся редактором журнала «Химическая Физика» ().

Ранние годы Хохштрассер в начале работы в Университете Пенсильвании основал свою научную группу в новой Лаборатории изучения структуры вещества. Спектроскопия многоатомных молекул была развивающейся областью в 1960-х годах, что в свою очередь обещало возможность характеризовать электронную структуру и ядерных силовых полей, которые определяют геометрию молекул, свойства и соотношение измерений с теоретическими расчетами. Первоначальная работа Хохштрассера была сконцентрирована на изучении молекулярных кристаллов, где внутримолекулярные взаимодействия и силы превосходили более чем на порядок магнитные межмолекулярные взаимодействия. Он осознал, что модель ориентированного газа, которая пренебрегает всеми межмолекулярными взаимодействиями, является хорошей аппроксимацией нулевого порядка молекулярного кристалла. Относительно низких энергетических состояний ароматических молекул, гетероциклов, и других сопряженных систем, сложность спектров значительно снижалась и анализ упрощался благодаря записи спектров ориентированных простых кристаллов с поляризованным светом при низких температурах.

Хохштрассер проводил оптические эксперименты в Национальной магнитной лаборатории в Массачусетском Технологическом Университете и впервые рассмотрел в 1965 году расщепление Зеемана в спектрах молекулярных кристалловCastro, G., and R. M. Hochstrasser. 1965. Spin orbit coupling and the Zeeman effect in molecular crystals.// Solid State Comm. 3:425-428. Затем он распространил эти измерения для многих других молекул. Процесс требовал выращенного монокристалла толщиной несколько сантиметров, бездефектное охлаждение до температуры жидкого гелия, и переноса всей оптической настройки в магнитную лабораторию. Таким образом, он мог определить пару орбитальных спинов и симметрию возбужденного синглетного состояния и раскрыть новые перспективы для изучения триплетного состояния. С самого начала Хохштрассер интересовался происхождением форм линий, рассмотренных в молекулярных спектрах в конденсированной фазеHochstrasser, R. M. 1968. Analytical and structural aspects of vibronic interactions in the ultraviolet spectra of organic molecules.// Accts. Chem. Res. 1:266-274. Он относил проблему взаимодействия между возбужденными состояниями в молекулах, рассматривая её как спектральные возмущения и взаимодействие с окружающей средойHochstrasser, R. M., and C. Marzzacco. 1968. Perturbations between electronic states in aromatic and heteroaromatic molecules.// J. Chem. Phys. 49:971-984.

Научные исследования

Исследования в области лазерной химии В 1969 году Хохштрассер оборудовал первый лазер на основе неодимовой линзы с частотой повторения один импульс в минуту, предназначенный для измерений с постоянным временным разрешением. Первые измерения с постоянным временным разрешением использовали различные гармоники лазера на основе неодимовой линзы в качестве возбуждения и пробного импульса. Спектры с временными интервалами записывались фотографически с помощью продолжительного сгенерированного лазером импульса для поглощения или оптической ячейки Керра. Но 95 % исследуемого времени тратилось на настройку и контроль лазера. Хохштрассер много работал, чтобы получить достоверные результаты. В результате информация о переносе энергии между триплетными состояниями была получена для различных молекул. По данной теме первые работы были опубликованы в начале 1970-х годовHochstrasser, R. M., and P. N. Prasad. 1972. Phonon sidebands of electronic transitions in molecular crystals and mixed crystals.// J. Chem. Phys. 56:2814-2823Hochstrasser, R. M., H. Lutz, and G. W. Scott. 1974. Te dynamics of populating the lowest triplet state of benzophenone following singlet excitation.// Chem. Phys. Lett. 24:162-167Anderson, R. W., R. M. Hochstrasser, H. Lutz, and G. W. Scott. 1974. Measurements of intersystem crossing kinetics using 3545 A picosecond pulses: nitronaphthalenes and benzophenone.// Chem. Phys. Lett. 28:153-157.

После создания легко настраиваемых узко-лучевых лазеров появились новые направления в исследованияхAnderson, R. W., R. M. Hochstrasser, H. Lutz, and G. W. Scott. 1974. Direct measurements of energy transfer between triplet states of molecules in liquids using picosecond pulses.// J. Chem. Phys. 61:2500-2506. Вскоре Хохштрассер со своими коллегами сконструировал один из подобных лазеров, после чего они записали первые двухфотонные спектры кристалла дифенилаHansch, T. W. 1972. Repetitively pulsed tunable dye laser for high resolution spectroscopy.// App. Opt. 11:895-898 с высоким разрешением, а затем спектры бензола в твердой и газовой фазеHochstrasser, R. M., J. E. Wessel, and H. N. Sung. 1974. Two-photon excitation spectrum of benzene in the gas phase and the crystal.// J. Chem. Phys. 60:317-318. Первый ротационно разрешенный двуфотонный спектр был рассмотрен с использованием оксида азота при низких давленияхBray, R. G., R. M. Hochstrasser, and J. E. Wessel. 1974. Continuously tunable 2 photon excitation of individual rotational levels of A 2-sigma-T state of nitric-oxide.// Chem. Phys. Lett. 27:167-171.

Лазеры с возможностью настройки открыли возможность селективного возбуждения молекул в ансамбле, а также передачу определённых энергетических состояний молекуле, инициирование и изучение селективных процессов. Хохштрассер со своим коллегой Амосом Смитом использовал тетразин и производные в кристаллическом бензоле и инертных газовых матрицах для демонстрации селективного изотопического фото-разрушения и достижения изотопического обогащения фактора более чем в 104 разHochstrasser, R. M., and D. S. King. 1975. Isotopically selective photochemistry in molecular crystals.// J. Amer. Chem. Soc. 97:4760-4762, для выяснения пути реакции и демонстрации спиновой селективности реакции. Позже диссоциация производного этой молекулы была использована как запуск структурных изменений в биологических молекулахTucker, M. J., J. R. Courter, JX Chen, O. Atasoylu, A. B. Smith III, and R. M. Hochstrasser. 2010. Tetrazine phototriggers: probes for peptide dynamics.// Angewandte Chemie-International Edition 49:3612-3616.

Исследования в области когерентных нелинейных и сверхбыстрых процессов Хохштрассер интересовался доступом к информации о свойствах возбужденного состояния и релаксационных процессовHochstrasser, R. M., and H. P. Trommsdorff. 1983. Nonlinear optical spectroscopy of molecular systems.// Acct. Chem. Res. 16:376-385Dick, B., R. M. Hochstrasser, and H. P. Trommsdorff. 1987. Resonant molecular optics.// In Nonlinear Optical Properties of Organic Molecules and Crystals, vol. II. Ed. D. Chemla. p. 159. New York: Academic Press. В сотрудничестве с пенсильванским коллегой Дэвидом Уайтом, он охарактеризовал когерентный распад колебательных возмущений в простом двухатомном кристалле N2 и H2 и развил теоретические концепции, которые стали важными для понимания этих процессов в крупных молекулах, кристаллах и в растворахAbram, I. I., and R. M. Hochstrasser. 1980. Teory of the time evolution of exciton coherence in weakly disordered crystals.// J. Chem. Phys. 72:3617-3625.. В тот период времени было немного известно о временах релаксации колебаний в больших молекулах. Следовательно, подобное открытие не очень скоро могло бы произойти в молекулярных кристаллах ароматических молекулDecola, P. L., R. M. Hochstrasser, and H. P. Trommsdorff. 1980. Vibrational relaxation in molecular crystals by four-wave mixing: naphthalene.// Chem. Phys. Lett. 72:1-4. Хохштрфссер показал высокий отбор данных релаксационных процессов в чистых и изотопических смешанных кристаллах, после чего данная информация являлась основой для создания теоретических моделейVelsko, S., and R. M. Hochstrasser. 1985. Studies of vibrational relaxation in low-temperature molecular crystals using coherent Raman spectroscopy.// J. Phys. Chem. 89:2240-2253. Времена когерентного затухания были получены с помощью анализа форм линий и прямого измерения времени. Таким образом, были получены поразительные результаты: время когерентного затухания при 606 см−1 кристалла бензола возросло с 95 пс до 2,62 нс в кристаллах, сделанных из чистого С-12 изотопаTrout, T. J., S. Velsko, R. Bozio, P. L. Decola, and R. M. Hochstrasser. 1984. Nonlinear Raman study of line shapes and relaxation of vibrational states of isotopically pure and mixed crystals of benzene.// J. Chem. Phys. 81:4746-4759.

В течение 1980-х годов Хохштрассер исследовал множество других различных направлений для использования когерентных нелинейных оптических процессов и развивал соответствующие теоретические методы изучения свойств возбужденного состояния и релаксационных процессов: передачи энергии и релаксационных процессов электронных, колебательных, вращательных состояний и рассеяние энергии, а также химические реакции. Он использовал технику сверхбыстрых лазерных импульсов, чтобы изучить колебательные взаимодействия в ИК-диапазоне. Хохштрассер развил идею комбинации сверхкоротких видимых импульсов лазера для возбуждения молекулы высоко разрешенным лучом из непрерывного диодного лазера, чтобы записать колебательные спектры различных переходов. Он достиг разрешения времени с помощью преобразования ИК, обеспечив принцип неопределенности с ограничением времени и спектральное разрешение, где охват времени наложен движением системы, изучаемой не только лазерными приборамиMoore, J. N., P. A. Hansen, and R. M. Hochstrasser. 1987. A new method for picosecond time resolved infrared spectroscopy: Applications to CO photodissociation from iron porphyrins.// Chem. Phys. Lett. 138:110-114. Эти методы позволили ему определить в гемо-группе геометрию связи железо-углерод в процессе реакции диссоциации с высокой чувствительностью и точностью.

Двумерная инфракрасная спектроскопия