Captación de los primeros pasos de la transferencia de electrones en moléculas orgánicas
La redistribución ultrarrápida de la energía y la carga de los electrones en las moléculas tras absorber la luz puede sonar demasiado científica para ser pertinente en nuestra vida cotidiana. Sin embargo, este proceso es el que rige la fotosíntesis en las plantas y las bacterias. También es el mecanismo que impulsa sistemas como los paneles solares, en los que la luz se transforma en electricidad. Poder medir la dinámica de transferencia de electrones y cargas de este fenómeno con una resolución temporal extrema podría ayudar a los científicos a comprender la mecánica que subyace a estos procesos. También podría proporcionar información valiosa sobre cómo diseñar las propiedades de una molécula para controlarlas o mejorarlas. No obstante, faltaban conocimientos detallados sobre los primeros pasos implicados en la transferencia de los electrones y las cargas tras la fotoionización inmediata; hasta hace poco.
Un nuevo análisis de la interacción entre los electrones y los núcleos
Las investigaciones que cuentan con el apoyo de los proyectos TOMATTO y LASERLAB-EUROPE, financiados con fondos europeos, han permitido comprender mejor este fenómeno. Como se describe en un estudio publicado en «Nature Chemistry», el equipo utilizó pulsos ultravioleta extremos de attosegundos (10-18 segundos) para arrojar nueva luz sobre la dinámica ultrarrápida de los sistemas moleculares. «Este trabajo pionero ofrece una nueva perspectiva de la compleja interacción entre los electrones y los núcleos en las moléculas donantes y aceptadoras, lo que supone un avance importante en nuestra comprensión de los procesos químicos en su nivel más fundamental», se informa en una noticia publicada en el sitio web de TOMATTO. Para su investigación, el equipo expuso moléculas de nitroanilina a pulsos de attosegundos. Esto les permitió observar y analizar las primeras etapas de la transferencia de carga con una precisión sin precedentes. En la investigación se reveló que la transferencia de electrones desde el grupo amino donante de electrones tardó menos de 10 femtosegundos (donde un femtosegundo equivale a 10-15 de segundo) y fue impulsada por un movimiento sincronizado de núcleos y electrones. A esto le siguió un proceso de relajación que tuvo lugar en una escala de tiempo inferior a 30 femtosegundos, a medida que el paquete de ondas nucleares se propagaba en los estados electrónicos excitados del catión molecular. En la noticia se señala: «Los resultados aquí comunicados responden a una cuestión fundamental en química, ya que desvelan los tiempos necesarios para transferir carga desde una unidad donante de electrones al enlace químico adyacente que conecta esa unidad con un anillo bencénico, y para los cambios estructurales necesarios concomitantes que se producen. Los autores creen que estos hallazgos experimentales y teóricos allanan el camino hacia una mejor comprensión de los diagramas y conceptos de libro de texto utilizados para predecir cualitativamente la migración de carga en moléculas orgánicas». En el estudio, que cuenta con el apoyo de TOMATTO (The ultimate Time scale in Organic Molecular opto-electronics, the ATTOsecond) y LASERLAB-EUROPE (The Integrated Initiative of European Laser Research Infrastructures), no solo se profundiza en el conocimiento científico de la dinámica molecular, sino que también se allana el camino para futuros avances en física de attosegundos. Para más información, consulte: Sitio web del proyecto TOMATTO Sitio web del proyecto LASERLAB-EUROPE
Palabras clave
TOMATTO, LASERLAB-EUROPE, molécula, electrón, carga, transferencia, transferencia de carga