Investigadores de la Universidad de Tsinghua en Beijing han utilizado recientemente una técnica llamada espectroscopía de fotoelectrones de energía cinética cero para obtener una lista en detalle sin precedentes de los niveles de energía cuántica del catión de cianoacetileno, una molécula lineal de cinco átomos que exhibe acoplamiento nuclear y electrónicoefectos y se encuentra en las nubes interestelares y en la atmósfera de la luna más grande de Saturno Titán.
Al describir el movimiento molecular, los científicos generalmente asumen que el movimiento vibratorio en el núcleo no tiene un efecto en los estados electrónicos de un átomo debido a la importante disparidad de tamaño entre los electrones y las partículas en el núcleo; esto se conoce como Born-Oppenheimeraproximación, y es una piedra angular de la física química. Sin embargo, la aproximación no es suficiente para describir los cambios en los estados energéticos para una serie de procesos fotoinducidos que involucran cianoacetileno. Al interrogar las estructuras de energía del cianoacetileno y una serie de moléculas orgánicas similares, los investigadores chinos tienen como objetivo contribuir a una mejor comprensión de estos procesos.
"[Es] una herramienta ideal para estudiar la estructura energética del catión", dijo Yuxiang Mo, profesor de física en la Universidad de Tsinghua en Beijing e investigador principal del proyecto. "En la actualidad, no hay otro experimentoherramienta que puede lograr esta tarea ". El artículo de su grupo aparece esta semana en The Journal of Chemical Physics, de AIP Publishing.
Las excepciones a la aproximación de Born-Oppenheimer se producen en moléculas simétricas lineales con estados electrónicos degenerados, como el cianoacetileno un hidrógeno, un nitrógeno y tres átomos de carbono. Aquí, los movimientos nucleares y electrónicos están acoplados vibrónicamente, lo que significa un cambioen uno afectará al otro. Esto se conoce como el efecto Renner-Teller.
En su configuración, los investigadores utilizaron un láser ultravioleta de vacío pulsado de nanosegundos sintonizable para bombear las moléculas de cianoacetileno de muestra a estados Rydberg altamente excitados electrónicamente. Los iones fueron ionizados por un campo eléctrico pulsado muy pequeño, lo que les permitió ser detectadosEl láser ultravioleta al vacío consistía en dos rayos láser enfocados en un chorro pulsado de gas xenón, una técnica también conocida como el método de mezcla de cuatro ondas. Al escanear la frecuencia del láser ultravioleta al vacío - práctica espectroscópica estándar - luegoobtuvo los niveles de energía de los iones.
Esta técnica, conocida como fotoelectrón de energía cinética cero, o espectroscopía ZEKE, es muy adecuada para medir la energía vibratoria de los cationes. Le ha dado a los investigadores una lectura completa y de alta resolución de los niveles de energía para los cationes desde su suelo vibratorioestado a estados excitados varios miles de números de onda, o magnitudes de frecuencia, más altas, fomentando su comprensión de las vibraciones acopladas en el efecto Renner-Teller
Los investigadores encontraron que los niveles de energía de los iones coincidían con los niveles teóricos de energía vibrónica del catión de cianoacetileno que obtuvieron de un modelo diabático, que se utilizan para describir los efectos de acoplamiento de electrones y nucleares en un sistema cuántico. Tambiénobtuvo una lista de niveles de energía spin-vibrónicos para los cationes fluorometano, clorometano y monocloroacetileno, que son moléculas altamente simétricas o lineales que también tienen fuertes efectos de acoplamiento de electrones y nucleares.
"De estos resultados, parece que ahora entendemos la física principal del acoplamiento vibrónico para estas moléculas de referencia", dijo Mo.
El trabajo futuro para Mo y sus colegas incluye medir los niveles de energía vibrónica en situaciones más generales, como el cruce accidental de superficies electrónicas de energía potencial.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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