Hacia nuevas vías de reacción
Comprensión de la dinámica molecular en la ventana de tiempo ultracorto tras la excitación UV
El grupo de Ciencia de Attosegundos del Centro de Ciencia Láser de Electrones Libres del DESY ha desarrollado una nueva fuente de luz capaz de producir pulsos extremadamente cortos para investigar la dinámica molecular inducida por UV con una resolución temporal sin precedentes. Científicos del DESY y de la Universidad de Hamburgo describen sus observaciones en Nature Communications.
Nicoletta Calegari
La radiación ultravioleta (UV) que penetra en nuestra atmósfera desencadena muchos procesos fotoquímicos y fotobiológicos en las moléculas, como el daño del ADN. Sin embargo, la ausencia de pulsos UV extremadamente cortos ha obstaculizado hasta ahora nuestra capacidad para captar plenamente los mecanismos ultrarrápidos clave que se producen en las primeras etapas de las interacciones luz-molécula. Los primeros femtosegundos que siguen a la absorción de la luz revisten especial importancia, ya que es entonces cuando se produce el movimiento concertado de electrones y núcleos que, en última instancia, define la reactividad molecular. Una mejor comprensión de los procesos inducidos por la radiación UV en las moléculas en esta estrecha ventana temporal es clave para abrir nuevas vías de reacción.
En su reciente trabajo, los científicos querían averiguar si -si la excitación UV en una molécula es tan rápida que se produce antes de que los núcleos empiecen a moverse- es posible actuar en la escala temporal de unos pocos femtosegundos para influir en la reactividad del sistema en escalas temporales mucho más largas.
Utilizando su novedosa fuente de luz para investigar el yodometano, una molécula de referencia para la espectroscopia ultravioleta, descubrieron que dentro de un estrecho margen de unos 5 femtosegundos tras excitar la molécula, un segundo pulso láser puede impedir su fragmentación. "Esto no se había observado nunca antes debido a la larga duración del pulso ultravioleta que se suele utilizar en los experimentos con láser", explica Francesca Calegari, jefa del grupo Attosecond Science, científica principal del DESY, profesora de la Universidad de Hamburgo y portavoz del Clúster de Excelencia "CUI: Advanced Imaging of Matter". Sin el segundo pulso, la molécula se disocia inevitablemente.
"Nuestras observaciones experimentales también nos permitieron confirmar la validez de un modelo teórico, que a su vez proporcionó información valiosa sobre la respuesta molecular inducida por UV, como el tiempo que se tarda en alcanzar la distancia internuclear de enlace C-I en la que los dos estados electrónicos de la molécula neutra pueden intercambiar poblaciones", añade el coautor Vincent Wanie, científico del grupo de Ciencia de Attosegundos.
El trabajo experimental y teórico combinado muestra cómo pulsos UV de pocos femtosegundos allanan el camino para manipular fotoproductos de moléculas neutras actuando en los primeros instantes tras la fotoexcitación. Los científicos pudieron demostrar un nuevo esquema de fotoprotección contra la disociación molecular basado en sus hallazgos. El planteamiento puede ser adoptado por otros grupos de investigación para estudiar fenómenos críticos desencadenados por la radiación ultravioleta, con aplicaciones potenciales en áreas como la fotoquímica, la fotocatálisis y la fotobiología.
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Publicación original
Lorenzo Colaizzi, Sergey Ryabchuk, Erik P. Månsson, Krishna Saraswathula, Vincent Wanie, Andrea Trabattoni, Jesús González-Vázquez, Fernando Martín, Francesca Calegari; "Few-femtosecond time-resolved study of the UV-induced dissociative dynamics of iodomethane"; Nature Communications, Volume 15, 2024-10-25
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