Colmare il divario nel campo della dinamica molecolare

L’interazione tra elettroni e tra elettroni e nuclei è descritta da un’equazione di Schrodinger applicata al caso di molte particelle, la cui risoluzione si rivela di solito estremamente complessa. L’approssimazione di Born-Oppenheimer (BOA), che semplifica le interazioni elettrone-nucleo, fallisce nel momento in cui due potenziali superfici energetiche si incrociano in un punto detto “intersezione conica” (CI). La localizzazione e la caratterizzazione di questi punti rappresentano due aspetti essenziali ai fini della comprensione di un’ampia gamma di reazioni chimiche.

Il progetto XBEBOA, finanziato dall’UE, studia le dinamiche molecolari in alcuni elementi e composti chimici che non possono essere descritti dall’infrastruttura BOA. I ricercatori stanno compiendo importanti progressi nel campo della spettroscopia a pompa-sonda ultrarapida avanzata attraverso l’implementazione di nuove configurazioni risolte nel tempo che utilizzano XUV e raggi X soffici per dimostrare le dinamiche molecolari ultraveloci.

A oggi, il progetto ha raggiunto importanti traguardi, tra cui la costruzione e la commissione di una configurazione a reticolo transiente XUV e la relativa applicazione alla transizione di fase fotoindotta nel biossido di vanadio. Il sistema è flessibile e si basa su un meccanismo laser commerciale. La luce dei raggi ultravioletti estremi è prodotta da una generazione altamente armonica di gas nobili e utilizzata per la spettroscopia risolta nel tempo. Gli scienziati hanno realizzato uno strumento di monitoraggio in linea in grado di misurare rapidamente il flusso di XUV e che si presta a essere utilizzato nell’ambito dell’acquisizione di dati ai fini della correzione delle fluttuazioni.

Dai primi risultati dei test condotti sui campioni di biossido di vanadio è emerso che la luce dei raggi ultravioletti estremi nelle vicinanze del bordo M (ovvero, degli elettroni eccitati) è chiaramente distinta dall’analisi fuori risonanza a energie fotoniche inferiori.

Nell’ambito del progetto, è stata inoltre installata e commissionata una configurazione basata sulla spettroscopia fotoelettronica risolta nel tempo (PES). Questa tecnica, che è stata impiegata ai fini dello studio di campioni molecolari in fase gassosa in seguito all’eccitazione con luce XUV, è stata in grado di superare i limiti del sistema PES all’avanguardia. Dai risultati ottenuti dal perilene sono emerse importanti discrepanze tra i raggi ultravioletti estremi e le modalità a infrarossi multifotone.

La comprensione delle dinamiche molecolari nelle intersezioni coniche dovrebbe rivelare ulteriori dettagli dei principali processi alla base della nostra esistenza e condurre a un potenziamento delle strategie nell’ambito della ricerca sull’energia pulita. La descrizione della configurazione e i risultati progettuali sono stati pubblicati su riviste sottoposte a esame collegiale e su almeno altri sei articoli scientifici in corso di pubblicazione.