Um espectro de GAMERS 4-D simulado mostrado como um corte 3-D através de um eixo espectral. Duas dimensões codificam informações sobre frequências vibracionais, enquanto as dimensões restantes representam transições eletrônicas na molécula. Crédito:Harel
Pesquisadores da Northwestern University criaram um novo método para extrair a estrutura estática e dinâmica de sistemas químicos complexos. Nesse contexto, "estrutura" não significa apenas o arranjo 3-D de átomos que compõem uma molécula, mas sim graus de liberdade da mecânica quântica dependentes do tempo que ditam a óptica, propriedades químicas e físicas do sistema.
Considere como vemos o mundo:três dimensões no espaço e uma dimensão no tempo, ou seja, espaço-tempo. Remova qualquer uma dessas dimensões e a visão se tornará incompleta e muito mais confusa. Pela mesma razão, este novo método usa quatro dimensões espectrais para resolver a estrutura e revelar características ocultas da estrutura molecular.
Nesta semana The Journal of Chemical Physics , professor assistente Elad Harel e professor Irving M. Klotz, do Departamento de Química da Northwestern University, relatam um novo método espectroscópico coerente 4-D que se correlaciona diretamente dentro e entre os graus de liberdade eletrônicos e vibracionais de sistemas moleculares complexos.
O trabalho de Harel envolve uma descrição teórica de um método experimental recente desenvolvido em seu laboratório, chamado GRadient-Assisted Multidimensional Electronic Raman Spectroscopy, ou "GAMERS". É um método espectroscópico coerente e multidimensional em que as dimensões são os graus de liberdade eletrônicos e vibracionais do sistema.
"Usando vários pulsos de luz, O GAMERS investiga como esses diferentes graus de liberdade estão correlacionados entre si, criando uma espécie de mapa espectral que é único para cada molécula, "Harel disse." t demonstra que os efeitos sutis que ditam o produto químico, fisica, e propriedades ópticas de um sistema, que normalmente estão escondidos em métodos de ordem inferior ou dimensionalidade inferior, pode ser extraído pelo método GAMERS. "
Ao contrário de outros métodos, isso permite uma visão única e detalhada da estrutura de energia das moléculas de uma forma que pode oferecer valor preditivo.
"A forma da superfície potencial, que é importante para determinar a cinética e a termodinâmica de uma reação química, pode ser medido diretamente, "Harel disse." O nível de detalhe molecular proporcionado pelo uso de mais pulsos de luz para interrogar o sistema foi surpreendente.
Uma aplicação potencial do GAMERS poderia ser identificar o mecanismo físico de transferência de energia durante os primeiros estágios da fotossíntese, uma questão que permanece controversa entre os pesquisadores, de acordo com Harel.
Agora mesmo, a principal aplicação deste trabalho "é permitir insights sobre os mecanismos físicos por trás de uma série de fenômenos quânticos em uma ampla variedade de sistemas químicos, "Harel disse." Isso inclui processos de fissão singlete, cobrar geração e transporte de transportadora em perovskitas híbridas, e transferência de energia em complexos pigmento-proteína. A compreensão desses processos tem implicações importantes para o desenvolvimento de células solares de próxima geração. "
O método GAMERS ainda está em uma fase inicial de desenvolvimento, de acordo com Harel, mas a equipe tem grandes esperanças para sua aplicação futura.
"Acreditamos que os avanços técnicos podem tornar essas análises muito mais difundidas na comunidade da física química, "disse Harel.
