Las últimas décadas han visto un progreso impresionante en las tecnologías basadas en láser, que han dado lugar a avances significativos en física atómica y molecular. El desarrollo de pulsos láser ultracortos ahora permite a los científicos estudiar fenómenos extremadamente rápidos, como transporte de carga en moléculas y pasos elementales de reacciones químicas. Pero más allá de eso nuestra capacidad para observar tales procesos en la escala de attosegundos (una quintillonésima parte de un segundo) significa que también es posible dirigir y sondear la dinámica de los electrones individuales en sus marcos de tiempo naturales.

Una de las tecnologías ultrarrápidas emergentes es la espectroscopia de absorción transitoria de attosegundos (ATAS), que puede rastrear el movimiento de electrones en un sitio específico de una molécula. Esta es una característica particularmente atractiva de ATAS, porque permite rastrear la evolución del sistema molecular con resolución espacial a escala atómica.

Los láseres modernos pueden llevar la química a dominios inexplorados de interacciones luz-materia, donde el papel de la teoría en la interpretación de los resultados de las mediciones ATAS será más importante que nunca. Pero hasta ahora, la teoría detrás de ATAS se ha desarrollado solo para átomos o moléculas, ya sea en ausencia de movimiento nuclear o en ausencia de coherencia electrónica.

Ahora, un equipo de físicos del Laboratorio de Química Física Teórica (LCPT) de la EPFL ha extendido la teoría ATAS a las moléculas, incluyendo una descripción completa de la dinámica nuclear-electrónica correlacionada.

La obra, en colaboración con Alexander Kuleff en la Universidad de Heidelberg, se publica en Cartas de revisión física .

"Presentamos una expresión cuasi-analítica simple para la sección transversal de absorción de moléculas, que explica el movimiento nuclear y la dinámica no adiabática y se compone de términos físicamente intuitivos, "dice Nikolay Golubev, un postdoctorado en LCPT y autor principal del estudio.

Al extender la teoría ATAS, los científicos también muestran que esta técnica de espectroscopia tiene suficiente resolución para "ver" la decoherencia de seguimiento del movimiento de electrones causada por el reordenamiento nuclear de la molécula.

Poniendo la teoría en práctica, el equipo probó la molécula poliatómica de ácido propiólico como ejemplo. "La simulación de rayos X ATAS del ácido propiólico fue posible mediante la combinación de métodos de estructura electrónica ab initio de alto nivel con una dinámica nuclear semiclásica eficiente, "dice Jiří Vaníček, jefe de la LCPT. Al avanzar en nuestro conocimiento del movimiento correlativo de electrones y núcleos en moléculas, Los hallazgos de los investigadores de LCPT también podrían ayudar a nuestra comprensión de varios otros fenómenos de "attoquímica".