Diagrama de flujo del enfoque rt-TDDFT para la evolución de sistemas iónicos y electrónicos acoplados. Aquí, asumimos que los dos subsistemas tienen el mismo paso de tiempo de evolución. Crédito:ciencia ultrarrápida
Un equipo de investigadores de Beijing dirigido por el Prof. Dr. Sheng Meng ha logrado desarrollar enfoques predictivos de primeros principios para investigar procesos ultrarrápidos precisos en la materia. El método, llamado TDAP (propagación ab initio dependiente del tiempo), tiene como objetivo proporcionar simulaciones dinámicas robustas de fenómenos altamente no lineales inducidos por la luz que están a nivel atómico y molecular y ocurren dentro de unos pocos femtosegundos (10 -15 seg) o incluso attosegundos (10 -18 segundo). Las interacciones fundamentales entre los diferentes grados de libertad ahora se pueden entender con mayor precisión, basándose únicamente en los principios de la mecánica cuántica, según los investigadores. Los resultados de la investigación se han publicado en la revista Ultrafast Science y se espera que fomenten una variedad de desarrollos adicionales en campos científicos relacionados.
El equipo ha pasado una década trabajando en la extensión de métodos teóricos de primeros principios para modelar respuestas dinámicas de materiales cuánticos a campos externos (por ejemplo, campos eléctricos, magnéticos y láser), que son de gran interés en estos días, pero la información detallada sigue siendo bastante limitada. . La generación y síntesis de pulsos de luz ultracortos intensos con un campo eléctrico controlado y fases asociadas proporciona una ruta prometedora para desacoplar y manipular dinámicamente las interacciones microscópicas con una resolución de tiempo sin precedentes. Por lo tanto, los fenómenos de desequilibrio inducidos por láser han atraído la atención de una amplia gama de campos científicos.
El tratamiento teórico de los fenómenos no adiabáticos dependientes del tiempo inducidos por láser es un desafío formidable a muchos niveles, que van desde la descripción de los estados excitados hasta la propagación temporal de las propiedades físicas correspondientes. En TDAP, la evolución cuántica en el dominio del tiempo de los estados electrónicos con las aproximaciones clásicas de los movimientos nucleares se trata simultáneamente, lo que ha permitido el seguimiento en tiempo real de la dinámica nuclear-electrón acoplada sin tener que recurrir a la teoría de la perturbación. El uso de orbitales atómicos numéricos ha brindado flexibilidad y credibilidad para realizar simulaciones de gran escala y alta precisión en una amplia gama de sistemas cuánticos con un costo computacional moderado.
El método se ha aplicado a la exploración de la física de campo fuerte y la decodificación de una gran cantidad de información debajo de las señales detectadas experimentalmente. Al comparar los resultados teóricos y experimentales, se ha demostrado que los enfoques son efectivos y eficientes en el tratamiento de procesos dinámicos cuánticos ultrarrápidos que implican interacciones complejas entre fotones, electrones y fonones en condiciones de excitación láser. El desarrollo de este método ayuda a comprender la dinámica del estado excitado en los campos de la fotocatálisis, el diseño de dispositivos fotovoltaicos y optoelectrónicos, la síntesis y aplicaciones de pulsos de attosegundos, etc. + Explora más
