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Transition States for Multielectron Ionization Phenomena

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Una nueva mirada a las interacciones multielectrónicas

En el ámbito de un proyecto financiado por la Unión Europea se elaboró un potente marco teórico con nociones derivadas de estudios físicos, químicos y matemáticos con el fin de describir la dinámica compleja de la interacción láser-materia.

Tecnologías industriales
Investigación fundamental

La ciencia de los attosegundos ha abierto las puertas a la observación en tiempo real y al control en el dominio del tiempo de la dinámica de los electrones a escala atómica. El estudio de la correlación electrónica (las interacciones entre electrones) mediante pulsos láser ultracortos es idóneo para investigar los enfoques cuántico y clásico. Los resultados que se obtienen con ambos marcos se pueden comparar con resultados experimentales actualizados. En el ámbito del proyecto TRANS-MI (Transition states for multielectron ionization phenomena), financiado por la UE, se elaboró un marco teórico unificado análogo a la teoría del estado de transición aplicada a las reacciones químicas. Esta labor profundiza en la comprensión del papel desempeñado por las interacciones electrón-electrón en la física de los láseres de campo intenso. Generalmente, los átomos y las moléculas sufren múltiples ionizaciones cuando se les expone a campos electromagnéticos intensos. El mecanismo que regula la emisión correlada obedece al proceso de recolisión. En primer lugar, el electrón se ioniza debido al campo. Seguidamente, invirtiendo el sentido del campo, el electrón se lanza en dirección al núcleo, colisiona con el segundo electrón y de esta manera se inicia la emisión correlacionada. Este fenómeno se denomina también ionización doble no secuencial (NSDI). El equipo del proyecto TRANS-MI logró poner de manifiesto el mecanismo dinámico responsable de las recolisiones electrónicas, el cual describe el intercambio energético entre el láser y el átomo o molécula. Se demostró por vez primera que las estructuras fase-espacio pueden originar NSDI de correlación elevada, lo cual permite comprender mejor el proceso de recolisión. Mediante posteriores trabajos se estudiará la manera en que este descubrimiento enlaza con las investigaciones en matemática aplicada y mecanismos celestes. Otra línea de trabajo se centró en estudiar cómo diferentes entornos pueden influir en la reactividad química de las estructuras fase-espacio. Ampliando los logros alcanzados en investigaciones anteriores sobre un fenómeno esquivo conocido como giro o inversión de Kramers, el cual estudia la relación entre el rozamiento y la densidad molecular en un baño caliente, un equipo de científicos dio a conocer nuevos aspectos de las reacciones de moléculas poliatómicas pequeñas en un baño caliente «all-atom». Se determinó asimismo una relación entre la estabilidad del estado de transición de las reacciones químicas y su velocidad. Sobre esta base, se concibió un método computacional sofisticado que simplifica el cálculo de las velocidades de las reacciones moleculares. Así se elimina la necesidad de calcular millones de trayectorias reactivas como en el caso de la mayoría de los demás métodos computacionales. Los métodos del proyecto TRANS-MI reducen la complejidad del estudio de las interacciones electrónicas caóticas en átomos y moléculas, que exhiben muchos grados de libertad. Además, comprender cómo interactúan las moléculas con su entorno permite controlar reacciones químicas de manera selectiva y eliminar productos secundarios no deseados.

Palabras clave

Interacciones multielectrónicas, interacción láser-materia, correlación electrónica, TRANS-MI, reacciones químicas

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