Capturando la dinámica de la emisión de electrones

El universo está hecho de un número fijo de elementos que forman todo tipo de moléculas. Esas moléculas no son estáticas e invariables: de la actividad de los electrones y núcleos a complejos cambios conformacionales tridimensionales, las moléculas están en constante movimiento. La dinámica molecular gobierna las propiedades de los materiales y las funciones de los sistemas biológicos, y los estados superexcitados proporcionan una ventana al estudio de los mecanismos mecanocuánticos.

Tales estados no se pueden iniciar a partir de moléculas neutras en el estado fundamental utilizando láseres de femtosegundo convencionales cuyas capacidades se ven limitadas por sus longitudes de onda posibles. Los científicos superaron el obstáculo iniciando dichos estados a partir de haces rápidos de iones negativos o especies neutras metaestables que se encuentran energéticamente más cerca de los estados superexcitados, algo que hizo posible la financiación con fondos europeos del proyecto «Time resolved superexcited state dynamics» (EXTREME DYNAMICS).

Un láser preparado a medida se equipó con un conformador de pulsos para controlar y optimizar la fase espectral de los pulsos ultrarrápidos. Se construyó asimismo un sistema de haces rápidos de iones para crear aniones moleculares y clústeres aniónicos fríos (especies con carga negativa producidas mediante la adición de electrones a especies neutras).

El equipo integró después un sistema para espectroscopía de fotofragmentos que utiliza un sistema de obtención de imágenes de muy alta resolución y un convertidor de tiempo a digital. El equipo mide el momento en el que los fragmentos inciden sobre un detector de placa microcanal y las posiciones bidimensionales de los fragmentos en el detector. Un espectrómetro dedicado hace posible la separación de los productos.

La utilización de la configuración experimental descrita reveló un nuevo escenario de desprendimiento múltiple. En algunos casos, dos o más electrones resultan expulsados del anión (molécula con carga negativa) de partida. La pérdida del exceso de electrones que daba a la molécula una carga negativa más otro u otros adicionales da lugar a la formación de productos catiónicos (con carga positiva). Utilizando la instrumentación que acababan de construir, los investigadores caracterizaron un nuevo mecanismo no secuencial muy eficiente y mostraron que era diferente del mecanismo ya conocido de doble ionización de los sistemas neutros.

Los avances realizados en el marco del proyecto EXTREME DYNAMICS dieron lugar a numerosas publicaciones y al desarrollo de un nuevo curso en la institución sede del proyecto, así como a talleres y seminarios en otras instituciones. Los resultados ayudarán a modelizar, predecir y en último término controlar los productos de las reacciones químicas.