Un espectro 4-D GAMERS simulado mostrado como un corte 3-D a través de un eje espectral. Dos dimensiones codifican información sobre frecuencias vibratorias, mientras que las dimensiones restantes representan transiciones electrónicas en la molécula. Crédito:Harel
Investigadores de la Northwestern University han creado un nuevo método para extraer la estructura estática y dinámica de sistemas químicos complejos. En este contexto, "estructura" no solo significa la disposición tridimensional de los átomos que forman una molécula, sino grados de libertad de la mecánica cuántica dependientes del tiempo que dictan la óptica, propiedades químicas y físicas del sistema.
Considere cómo vemos el mundo:tres dimensiones en el espacio y una dimensión en el tiempo, es decir., tiempo espacial. Elimine cualquiera de estas dimensiones y la vista se vuelve incompleta y mucho más confusa. Por la misma razón, este nuevo método utiliza cuatro dimensiones espectrales para resolver la estructura y revelar características ocultas de la estructura molecular.
En esta semana La Revista de Física Química , el profesor asistente Elad Harel y el profesor Irving M. Klotz, del Departamento de Química de la Universidad Northwestern, informan sobre un nuevo método espectroscópico coherente 4-D que se correlaciona directamente dentro y entre los grados de libertad electrónicos y vibracionales de sistemas moleculares complejos.
El trabajo de Harel implica una descripción teórica de un método experimental reciente desarrollado en su laboratorio, llamada espectroscopia Raman electrónica multidimensional asistida por GRadient, o "GAMERS". Es un método espectroscópico coherente multidimensional en el que las dimensiones son los grados de libertad electrónica y vibratoria del sistema.
"Usando múltiples pulsos de luz, GAMERS investiga cómo estos diferentes grados de libertad se correlacionan entre sí, creando una especie de mapa espectral que es único para cada molécula, "Harel dijo." t demuestra que los efectos sutiles que dictan la sustancia química, físico, y propiedades ópticas de un sistema, que normalmente están ocultos en métodos de menor orden o de menor dimensionalidad, puede extraerse mediante el método GAMERS ".
A diferencia de otros métodos, esto permite una mirada única y detallada a la estructura energética de las moléculas de una manera que puede ofrecer un valor predictivo.
"La forma de la superficie potencial, que es importante para determinar la cinética y termodinámica de una reacción química, puede medirse directamente, "Harel dijo." El nivel de detalle molecular proporcionado por el uso de más pulsos de luz para interrogar al sistema fue sorprendente ".
Una aplicación potencial de GAMERS podría ser identificar el mecanismo físico de transferencia de energía durante las primeras etapas de la fotosíntesis, una pregunta que sigue siendo controvertida entre los investigadores, según Harel.
Ahora, la principal aplicación de este trabajo "es permitir la comprensión de los mecanismos físicos detrás de una serie de fenómenos cuánticos en una amplia variedad de sistemas químicos, "Harel dijo." Estos incluyen procesos de fisión singlete, generación y transporte de portadores de carga en perovskitas híbridas, y transferencia de energía en complejos pigmento-proteína. Comprender estos procesos tiene implicaciones importantes para el desarrollo de células solares de próxima generación ".
El método GAMERS aún se encuentra en una fase inicial de desarrollo, según Harel, pero el equipo tiene grandes esperanzas para su futura aplicación.
"Creemos que los avances técnicos podrían hacer que ese análisis se generalice mucho más dentro de la comunidad de la física química, "dijo Harel.
