Cuando las moléculas interactúan con superficies sólidas, Puede tener lugar toda una gama de procesos dinámicos. Estos son de enorme interés en el contexto de reacciones catalíticas, p.ej. la conversión de gas natural en hidrógeno que luego se puede utilizar para generar electricidad limpia.

Específicamente, la interacción de las moléculas de metano con la superficie del catalizador, como el níquel, es de interés si queremos obtener una comprensión detallada y significativa del proceso a nivel molecular. Pero estudiar la dinámica de dispersión de moléculas poliatómicas como el metano ha sido un desafío porque las técnicas de detección actuales no pueden resolver todos los estados cuánticos de las moléculas dispersas.

El laboratorio de Rainer Beck en EPFL ahora ha utilizado nuevas técnicas de láser infrarrojo para estudiar la dispersión de metano en una superficie de níquel por primera vez con resolución de estado cuántico completo. Las técnicas de resolución de estado cuántico han contribuido mucho a nuestra comprensión de la dinámica de dispersión de la superficie, pero la innovación aquí fue que el equipo de EPFL pudo extender dichos estudios al metano combinando láseres infrarrojos con un bolómetro criogénico:un detector de calor altamente sensible enfriado a 1.8 K que puede captar la energía cinética e interna de las moléculas de metano entrantes.

En sus experimentos, un potente láser infrarrojo bombea primero las moléculas de metano incidentes en un solo elemento seleccionado, estado cuántico vibracionalmente excitado. A continuación, se utiliza un segundo láser combinado con el bolómetro para analizar la distribución del estado cuántico de las moléculas dispersas. Con este enfoque, los científicos observaron, por primera vez, un mecanismo altamente eficiente para la redistribución de energía vibratoria durante la dispersión de la superficie.

Los datos del estudio permitirán probar rigurosamente las teorías cuánticas más modernas para la dispersión de moléculas / superficies. Mientras tanto, La nueva técnica de etiquetado láser introducida en este trabajo es ampliamente aplicable y se puede utilizar para estudiar muchos otros sistemas poliatómicos de superficie / molécula con un detalle sin precedentes.