Nas últimas décadas, assistimos a um progresso impressionante nas tecnologias baseadas em laser, que levaram a avanços significativos na física atômica e molecular. O desenvolvimento de pulsos de laser ultracurtos agora permite aos cientistas estudar fenômenos extremamente rápidos, como o transporte de carga em moléculas e etapas elementares de reações químicas. Mas além disso, nossa capacidade de observar tais processos na escala attossegundo (um quintilionésimo de segundo) significa que também é possível orientar e sondar a dinâmica de elétrons individuais em seus intervalos de tempo naturais.

Uma das tecnologias ultrarrápidas emergentes é a espectroscopia de absorção transiente de attossegundos (ATAS), que pode rastrear o movimento dos elétrons em um local específico de uma molécula. Este é um recurso particularmente atraente do ATAS, porque permite traçar a evolução do sistema molecular com resolução espacial em escala atômica.

Lasers modernos podem empurrar a química para domínios inexplorados de interações luz-matéria, onde o papel da teoria na interpretação dos resultados das medições ATAS será mais importante do que nunca. Mas por enquanto, a teoria por trás do ATAS foi desenvolvida apenas para átomos ou moléculas na ausência de movimento nuclear ou na ausência de coerência eletrônica.

Agora, uma equipe de físicos do Laboratório de Química Física Teórica (LCPT) da EPFL estendeu a teoria ATAS às moléculas, incluindo uma conta completa da dinâmica elétron-nuclear correlacionada.

O trabalho, em colaboração com Alexander Kuleff na Universidade de Heidelberg, é publicado em Cartas de revisão física .

"Apresentamos uma expressão quase analítica simples para a seção transversal de absorção de moléculas, que é responsável pelo movimento nuclear e dinâmica não adiabática e é composta a partir de termos fisicamente intuitivos, "diz Nikolay Golubev, um pós-doutorado no LCPT e o autor principal do estudo.

Ao estender a teoria ATAS, os cientistas também mostram que essa técnica de espectroscopia tem resolução suficiente para "ver" a decoerência do movimento do elétron causada pelo rearranjo nuclear da molécula.

Colocando a teoria em prática, a equipe testou a molécula poliatômica de ácido propiólico como exemplo. "A simulação de ATAS de raios-X do ácido propiólico foi possível combinando métodos de estrutura eletrônica ab initio de alto nível com dinâmica nuclear semiclássica eficiente, "diz Jiří Vaníček, chefe do LCPT. Ao avançar nosso conhecimento do movimento correlacionado de elétrons e núcleos em moléculas, as descobertas dos pesquisadores do LCPT também podem ajudar a nossa compreensão de vários outros fenômenos de "antoquímica".