Los científicos del grupo Física Molecular y Biofísica de la UNQ trabajan en el desarrollo de un código computacional (NEXMD, por Nonadiabatic EXcited-state Molecular Dynamics) que permite la simulación de procesos fotoinducidos en agregados moleculares. NEXMD es actualmente uno de los códigos computacionales más eficientes para estudiar este tipo de procesos.
Bajo un acuerdo entre la UNQ y Los Alamos, este año ha sido puesto a disponibilidad para la comunidad científica en la revista Nature. Este desarrollo teórico se suma a experimentos realizados en distintas universidades alemanas (Carl von Ossietzky Universität, University of Bremen, Universität Ulm), y otras universidades e institutos de Italia (Università di Modena e Reggio Emilia).
En conjunto, los resultados experimentales y teóricos proporcionan una fuerte evidencia de que la transferencia de energía a través de una intersección cónica intermolecular gobierna la dinámica de transferencia de energía ultrarrápida, sub-100-fs en agregados moleculares funcionales. La escala de tiempo (y eficiencia) de la transferencia de energía depende de las características la intersección cónica intermolecular. El control preciso de CoIns intermoleculares brinda nuevas oportunidades para manipular el transporte de energía y cargas y sus rutas en nanoestructuras funcionales y puede conducir a nuevos enfoques para el diseño de dispositivos optoelectrónicos.
No es la primera vez que este grupo de investigación ha publicado en una de las revistas científicas de mayor prestigio mundial (ver artículo).
Intersecciones cónicas intermoleculares en agregados moleculares
Las intersecciones cónicas (CoIns) entre superficies de energía potencial multidimensionales son de naturaleza ubicua y controlan las vías y los rendimientos de muchos procesos fotoiniciados INTRAmoleculares (o sea dentro de una misma molécula). Estas topologías pueden estar potencialmente involucradas también en el transporte de energía INTERmolecular (o sea entre moléculas distintas) o polímeros agregados, pero aún no se han descubierto. Aquí, utilizando espectroscopía electrónica bidimensional ultrarrápida (2DES), revelamos la existencia de CoIns INTERmoleculares en agregados moleculares relevantes para la energía fotovoltaica. El 2DES ultrarrápido sub-10-fs rastrea el movimiento coherente de un paquete de ondas vibracional en un estado ópticamente brillante y su transición abrupta a un estado oscuro a través de un CoIn después de solo 40 fs. Las simulaciones de dinámica no adiabática identifican un CoIn intermolecular como la fuente de estas dinámicas inusuales. Los resultados indican que los CoIns I NTERmoleculares pueden dirigir eficazmente las vías de energía en nanoestructuras funcionales para optoelectrónica..
Fundamento
Cuando una molécula absorbe un fotón de luz (como en fotosíntesis, células solares u otras aplicaciones tecnológicas), la energía de la luz se utiliza para promover electrones desde el estado fundamental a un estado electrónico excitado. Lo anterior procesado se conoce como "fotoexcitación".
El exceso de energía electrónica resultante de la fotoexcitación, se relaja o redistribuye INTRAmolecularmente, o sea, dentro de la misma molécula que absorbió la luz. De esta forma la energía de la luz es canalizada hacia una región específica dentro de la misma molécula y queda atrapada hasta que se emite como luz con características deseadas bien definidas para el funcionamiento de distintos dispositivos optoelectronicos (por ejemplo células fotovoltaicas). Este proceso involucra la transferencia INTRAmolecular ultrarápida y eficiente de energía electrónica a través de “intersecciones cónicas” (CoIns) entre superficies de energía potencial electrónica. De no existir estas CoIns, la transferencia de energía ocurriría con mucha más ineficiencia (o sea se perdería al medio como calor) y a tiempos mucho más largos.
