Cubrir huecos en la dinámica molecular

La interacción entre los electrones y entre los electrones y los núcleos se describe con una ecuación de múltiples partículas que generalmente no logra resolverse por su complejidad, denominada ecuación de Schrodinger. La aproximación de Born-Oppenheimer (ABO), que simplifica las interacciones entre los electrones y el núcleo, se distorsiona cuando dos superficies de energía potencial se cruzan entre sí en una intersección cónica (IC). Para comprender muchas reacciones químicas es imprescindible conocer la ubicación y las características de estas IC.

La Unión Europea ha financiado el proyecto XBEBOA con el objetivo de estudiar la dinámica molecular de algunos elementos y compuestos químicos que no pueden describirse dentro de la órbita de la ABO. El proyecto permite avanzar en espectroscopia moderna ultrarrápida de sondeo y bombeo mediante la implementación de configuraciones resueltas en el tiempo innovadoras que utilizan RUE y radiación de rayos X leve para estudiar la dinámica molecular ultrarrápida.

Hasta el momento, los principales resultados alcanzados con el proyecto son la construcción y ejecución de una configuración en red transitoria de RUE y su aplicación en la transición de fase fotoinducida en el dióxido de vanadio. Se trata de una configuración flexible que se basa en un sistema láser comercial. La RUE se produce por generación de harmónicos de alta frecuencia en gases nobles y se utiliza para la espectroscopia resuelta en el tiempo. Se diseñó una herramienta de monitorización en línea que permite medir el flujo de RUE por haz y recabar datos para corregir fluctuaciones.

Los primeros resultados obtenidos con las muestras de dióxido de vanadio demuestran que la RUE próxima al borde M, con excitación electrónica, es muy diferente de los resultados obtenidos fuera de las frecuencias de resonancia a energías fotónicas menores.

Además, se instaló y realizó la configuración de espectroscopia de fotoelectrones (EFE) resuelta en el tiempo. Se utilizó esta técnica para estudiar las muestras moleculares en fase gaseosa tras la excitación con RUE, y así se superan las limitaciones que supone la EFE de última generación. Los resultados obtenidos con perilenos han demostrado que existen importantes diferencias entre el infrarrojo multifotón y la RUE.

El conocimiento de la dinámica molecular en las IC permitirá comprender mejor los procesos más básicos de la propia existencia humana y mejorar las estrategias de investigación de energías limpias. La descripción de la configuración y los resultados del proyecto ya han sido publicados en revistas científicas con comité de lectura, y más adelante se publicarán al menos otros seis artículos científicos.