p Pesquisadores da Graz University of Technology e da University of Vienna descreveram melhor o fluxo de energia entre estados moleculares de forte interação. Desde a década de 1990, A femtoquímica tem pesquisado processos ultrarrápidos em nível molecular. Nos últimos anos, o grupo de pesquisa Femtosecond Dynamics no Instituto de Física Experimental da TU Graz conseguiu vários sucessos na área de interação luz-matéria. p "Uma compreensão precisa dos processos desencadeados pela fotoexcitação em moléculas é, por exemplo, um pré-requisito para o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis ​​que possibilitem o fornecimento de energia a partir da energia solar, "diz Markus Koch, o chefe do grupo de trabalho.

p Como um exemplo, ele cita a fotocatálise, que ajuda a converter a luz solar em energia química com vantagens em termos de armazenamento de longo prazo e densidade energética quando comparada à geração de energia elétrica via fotovoltaica.

p Um método para tais investigações de dinâmica molecular faz uso das chamadas medições de sonda de bomba aplicando um pulso de laser ultracurto para excitar ("bombear") um sistema molecular em um estado desejado. Após um tempo de atraso ajustável, um segundo laser ("sonda") interroga a população do estado excitado ionizando a molécula.

p A energia dos fotoelétrons emitidos é medida e variando o tempo de atraso da bomba-sonda, conclusões podem ser tiradas sobre o fluxo de energia na molécula.

p O princípio de incerteza de energia-tempo de Heisenberg impede resultados exatos

p Uma descrição exata dos processos induzidos pela luz em sua escala de tempo real falhou até agora para algumas moléculas poliatômicas que podem assumir diferentes decaimento ou rotas de fragmentação após a excitação, dependendo da escolha entre estados de energia próximos.

p Como resultado do princípio de incerteza de energia-tempo de Heisenberg, pulsos de laser de apenas femtossegundos (10-15 segundos) de duração não podem excitar seletivamente estados moleculares próximos. Contudo, pulsos curtos são um pré-requisito para a observação de processos extremamente rápidos.

p Nova abordagem combina teoria e experimento

p Em colaboração com pesquisadores do Instituto de Química Teórica da Faculdade de Química da Universidade de Viena sob a direção da Prof. Leticia González, os físicos experimentais em Graz já superaram esse obstáculo.

p Combinando experimentos com pulsos de laser ultracurtos e simulações teóricas de processos induzidos pela luz, o fluxo de energia na acetona - uma molécula que já foi bem estudada - agora pode ser observado pela primeira vez em uma janela de energia chave entre três estados intimamente relacionados.

p Mesmo para o grupo de Viena, uma força motriz no campo da descrição teórica de moléculas após a excitação de luz, o sistema sob investigação apresentou um desafio. "Para essas simulações, novos desenvolvimentos em nosso pacote de software local SHARC foram necessários, sem o qual a descrição correta da dinâmica da acetona não teria sido possível, "enfatiza González.

p Os efeitos de sinergia geram novos insights

p Ambos os métodos em si são amplamente usados, mas "enquanto a relação energia-tempo-desfoque na espectroscopia de femtossegundo impede resultados precisos, simulações em tempo real fornecem insights mais profundos sobre a dinâmica molecular, o que, por sua vez, exige que os resultados experimentais sejam verificados, "explica Koch.

p A combinação dessas duas técnicas agora fornece aos pesquisadores uma visão mais profunda da dinâmica da acetona e é mais um marco no estudo das interações luz-matéria. Os resultados foram publicados no The Journal of Physical Chemistry Letters .