Los complejos metálicos muestran un comportamiento fascinante en sus interacciones con la luz, que, por ejemplo, se utiliza en diodos emisores de luz orgánicos, células solares, computadoras cuánticas, o incluso en la terapia del cáncer. En muchas de estas aplicaciones, el espín del electrón, una especie de rotación inherente de los electrones, Juega un papel importante. Recientemente, los químicos Sebastian Mai y Leticia González de la Facultad de Química de la Universidad de Viena lograron simular los procesos de giro de giro extremadamente rápidos que se desencadenan por la absorción de luz de los complejos metálicos. El estudio se publica en la revista Ciencia química .

Cuando una molécula es impactada por la luz, en muchos casos se inicia una reacción denominada "fotoinducida". Esto se puede considerar como la interacción del movimiento de los electrones y el movimiento nuclear. Primero, la absorción de luz "excita" energéticamente los electrones, lo que, por ejemplo, puede debilitar algunos de los lazos. Después, los núcleos mucho más pesados ​​comienzan a moverse. Si en un momento posterior los núcleos asumen una constelación favorable entre sí, los electrones pueden pasar de una órbita a otra. Controlado por el efecto físico del "acoplamiento espín-órbita", el espín del electrón puede girar en el mismo momento.

Esta interacción de movimiento es la razón por la que los procesos de cambio de espín en las moléculas suelen tardar bastante. Sin embargo, Las simulaciones por computadora han demostrado que este no es el caso en algunos complejos metálicos. Por ejemplo, en el complejo de renio examinado, el proceso spin-flip ya tiene lugar en diez femtosegundos, a pesar de que en este corto tiempo los núcleos están virtualmente estacionarios, incluso la luz se mueve solo tres milésimas de milímetro en este tiempo. Este conocimiento es particularmente útil para el control preciso de los espines de los electrones, como, p.ej., en computadoras cuánticas.

La investigación se basa en una enorme potencia informática

Una de las mayores dificultades durante la investigación fue la enorme cantidad de potencia informática que se requería para las simulaciones. Aunque en el caso de moléculas orgánicas pequeñas, hoy en día se pueden realizar simulaciones muy precisas ya con una modesta cantidad de esfuerzo computacional, Los complejos metálicos presentan un desafío mucho mayor.

Entre otras razones, esto se debe a la gran cantidad de átomos, electrones, y moléculas de disolvente que deben incluirse en las simulaciones, pero también porque el espín del electrón solo se puede describir con precisión con ecuaciones de la teoría de la relatividad. En total, los científicos del Instituto de Química Teórica pasaron casi un millón de horas de computación en la supercomputadora austriaca "Vienna Scientific Cluster" en el curso de su estudio. Esto equivale a unos 100 años de tiempo de uso de la computadora en una computadora personal típica.