Las vías complejas influyen en el retraso de la ionización de las moléculas
El estudio muestra cómo el mecanismo de la fotoionización puede utilizarse para obtener información sobre potenciales moleculares complejos
¿Cómo pueden los investigadores utilizar el mecanismo de la fotoionización para conocer el potencial molecular complejo? Esta pregunta ha sido respondida por un equipo dirigido por el Prof. Dr. Giuseppe Sansone, del Instituto de Física de la Universidad de Friburgo. Los investigadores de Friburgo, el Instituto Max Planck de Física Nuclear de Heidelberg y grupos de la Universidad Autónoma de Madrid/España y la Universidad de Trieste/Italia han publicado sus resultados en la revista Nature Communications.
Paisaje de potencial de una molécula de CF4, en la que un átomo de carbono central (gris) está rodeado por cuatro átomos de flúor (verde) situados en los vértices de un tetraedro. Las tres proyecciones son cortes del potencial molecular, con las regiones azul y roja indicando los puntos de energía potencial positiva y negativa, respectivamente.
AG Sansone
En el origen de la fotoionización, también llamada efecto fotoeléctrico, un átomo o molécula absorbe un cuanto de luz, normalmente indicado como fotón, de un campo externo. La energía absorbida en este proceso se transfiere a un electrón, que se libera, dejando tras de sí un ion con carga única. En varios aspectos y para varias aplicaciones, el efecto puede considerarse instantáneo, lo que significa que no hay un retardo de tiempo significativo entre la absorción del fotón y el instante en que se emite el electrón. Sin embargo, varios experimentos llevados a cabo en los últimos años han puesto de manifiesto que entre estos dos procesos se producen retrasos minúsculos, pero medibles, en el rango de los attosegundos (1 as=10-18 s).
Generación de pulsos de attosegundos
"Gracias a las fuentes láser avanzadas y a los espectrómetros especialmente diseñados de que disponemos en nuestro laboratorio, podemos generar las ráfagas de luz más cortas, que duran sólo unos cientos de attosegundos", explica Sansone. "Además, podemos reconstruir la orientación de moléculas simples cuando absorben un fotón de un pulso láser externo. Hemos utilizado dichos pulsos para investigar el movimiento de los electrones tras la absorción de un fotón".
Los electrones experimentan trayectorias con picos y valles de potencial
Los investigadores descubrieron que, en su salida de la molécula, el electrón experimenta un paisaje complejo caracterizado por picos y valles de potencial. Estos están determinados por la distribución espacial de los átomos que componen el sistema. El camino que sigue el electrón durante su movimiento puede afectar al tiempo que tarda en liberarse.
Posibilidad de ampliación a sistemas moleculares más complejos
En el experimento, el equipo midió los retrasos temporales acumulados por los electrones emitidos por las moléculas de CF4 en diferentes direcciones espaciales se midieron utilizando un tren de pulsos de attosegundo combinado con un campo infrarrojo ultracorto. "Combinando esta información con la caracterización de la orientación espacial de la molécula, podemos entender cómo el paisaje potencial y, en particular, los picos de potencial afectan al retraso temporal", dice el físico de Friburgo.
El trabajo puede extenderse a sistemas moleculares más complejos y a potenciales que cambian en escalas de tiempo ultracortas. En general, subraya Sansone, este enfoque podría dar la posibilidad de cartografiar paisajes de potencial complejos desde dentro, con una resolución temporal sin precedentes.
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Publicación original
Ahmadi, H., Plésiat, E., Moioli, M., Frassetto,F., Poletto, L., Decleva, P., Schröter, C. D., Pfeifer, T., Moshammer, R., Palacios, A., Martin, F., Sansone, G.; "Attosecond photoionisation time delays reveal the anisotropy of the molecular potential in the recoil frame"; Nature Communications; 2022, Vol. 13, 1242.
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