Las barras incandescentes, como las que lucen los trick-or-treaters y los asistentes a la fiesta, se iluminan debido a los electrones excitados de las moléculas en el tinte fluorescente contenido. Los electrones aceptan la energía excitante de una reacción química que se produce cuando un tubo interno se iluminael palo está agrietado y dos fluidos entran en contacto. Después de excitarse a un nivel de energía más alto, se relajan a una energía más baja al liberar luz que puede guiar a los jóvenes cazadores de dulces en disfraces.
El color de una barra incandescente ofrece una forma directa de visualizar la energía de excitación, la energía requerida para enviar un solo electrón a un estado excitado. Pero este fenómeno desempeña funciones fundamentalmente importantes en numerosas situaciones, como cargar un teléfono celular, generar imágenes de células fluorescentesmicroscopía y fotosíntesis en plantas. Los investigadores en múltiples campos confían en comprender las energías de excitación de los materiales en su trabajo, pero calcular sus valores es notoriamente difícil y se vuelve increíblemente complejo para los electrones en compuestos y polímeros más grandes.
En un nuevo estudio que aparece esta semana en el Revista de Física Química , de AIP Publishing, los investigadores de la Universidad de Temple demuestran un nuevo método para calcular las energías de excitación. Usaron un nuevo enfoque basado en métodos funcionales de densidad, que utilizan un enfoque átomo por átomo para calcular las interacciones electrónicas. Al analizar un conjunto de referenciade moléculas pequeñas y oligómeros, su funcionalidad produjo estimaciones más precisas de la energía de excitación en comparación con otras funciones de densidad comúnmente utilizadas, a la vez que requiere menos potencia de cálculo.
La densidad funcional tiene un amplio potencial de uso debido a su precisión mejorada y porque es una función no empírica, lo que significa que no se basa en datos de condiciones específicas en el cálculo. Por lo tanto, se puede aplicar universalmente para responder preguntasen química, física y ciencia de materiales.
"Intentamos desarrollar un nuevo método que sea bueno no solo para el estado fundamental energía más baja, sino también para el estado excitado. Descubrimos que debido a que este método proporciona una muy buena estimación de la energía de excitación, puede ser másaplicó para estudiar otras propiedades dinámicas ", dijo Jianmin Tao, profesor asistente de investigación de física en la Universidad de Temple." Esta función puede proporcionar nuevos conocimientos sobre la energía de excitación o propiedades relacionadas de moléculas y materiales ".
El funcional es especialmente eficiente en términos de potencia de cálculo porque es semi-local y utiliza la densidad de electrones en un punto de referencia, así como información alrededor del punto de referencia para informar el cálculo. Al igual que otros funcionales semi-locales, sin embargo, el nuevo método tiene margen de mejora en el cálculo de las energías de excitación para oligómeros conjugados, compuestos compuestos por múltiples unidades que contienen enlaces simples y múltiples alternos, que comparten electrones deslocalizados.
En el trabajo futuro, Tao planea aplicar lo funcional para estudiar los tintes luminiscentes y fluorescentes, que absorben y emiten luz de longitudes de onda medibles particulares. Estas moléculas son invaluables para la investigación biomédica, donde pueden usarse para etiquetar células o proteínas específicas bajomicroscopio, o en pruebas de diagnóstico para detectar secuencias particulares de ADN. Sin embargo, estimar las energías de excitación de estos materiales complejos es una tarea computacionalmente pesada.
"Los tintes suelen ser oligómeros y polímeros grandes y conjugados", explicó Tao. "Sus espectros ópticos se pueden ajustar mediante la manipulación del esqueleto de la molécula, por lo que esta función debería ser muy útil en el diseño de materiales emisores de luz, debidoa su alta eficiencia computacional y buena precisión ", dijo Tao.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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