Saltar al contenido

Simulation of Time-resolved Organic Molecular optoelectronics with the XCHEM software (TOMAXChem)



Equipo

Investigador Principal: Dr. Fernando Martín García

Investigadora Principal: Dra. Alicia Palacios Cañas

Equipo de investigación: Dr. Jesús González Vázquez

Equipo de trabajo: J. Vicent Borrás de Llano, Pedro Fernández Milán, Beatriz Martín Llorente

Introducción

Las reacciones químicas son el resultado de la formación y ruptura de enlaces y, durante este proceso, los átomos en las moléculas pueden organizarse para formar una nueva sustancia. La reactividad, la esencia de la química, es un proceso dinámico que resulta del movimiento de electrones y núcleos atómicos. Estos movimientos ocurren en una escala de tiempo ultrarrápida, que va desde los femtosegundos (10-15 segundos), típicos del movimiento nuclear, hasta los attosegundos, típicos del movimiento electrónico.

En este sentido, toda la química podría entenderse como femtoquímica o attoquímica. La femtoquímica, nacida en la segunda mitad del siglo pasado, es en la actualidad una disciplina científica consolidada cuyo principal objetivo es controlar una reacción química dirigiendo el movimiento de los núcleos de las moléculas implicadas mediante pulsos de luz de femtosegundos. Estos avances han llevado a una evolución sustancial de la tecnología láser en los últimos años, permitiendo por primera vez un control directo del movimiento ultrarrápido de electrones dentro de una molécula y, en consecuencia, la dinámica nuclear inducida por dicho movimiento electrónico, que se produce en escalas de tiempo más largas.

Dado que la distribución de electrones en la molécula, o densidad electrónica, es la responsable última de la formación y ruptura de enlaces, el control de este movimiento ha abierto la puerta a una nueva forma de hacer química.

Proyecto

El paquete XChem está diseñado para describir procesos electrónicos ultrarrápidos como la transferencia de carga en moléculas orgánicas utilizadas en dispositivos fotovoltaicos o el daño molecular inducido por radiación ionizante. XChem compila un conjunto de herramientas computacionales capaces de proporcionar una descripción mecánica cuántica completa de la ionización molecular en el dominio del tiempo al incluir grados de libertad tanto electrónicos como nucleares. El enfoque utilizado en XChem ha proporcionado predicciones fiables y ha abierto el camino a nuevas aplicaciones en disciplinas científicas emergentes, como la attoquímica, la obtención de imágenes de moléculas individuales, el control coherente de reacciones químicas en attosegundos, etc.

XChem es una solución para un cálculo ab-initio de la ionización de sistemas moleculares. XChem combina las herramientas de la química cuántica y la teoría de colisiones para describir con precisión la correlación de los electrones en el continuo de ionización simple de átomos, moléculas pequeñas y medianas.

Un aspecto innovador de la estrategia para la adopción del código XChem por el mundo académico y empresarial es ofertar servicios de computación en la nube con una interfaz gráfica que facilite la experiencia del usuario, no requiriendo de conocimientos técnicos previos y, por tanto, planteando cálculos y acceso de los resultados de una manera sencilla.

Evolución tecnológica durante el proyecto

El grado de madurez alcanzado por el código sugiere que podría ser de gran utilidad para avanzar en el desarrollo de dispositivos orgánicos fotovoltaicos y, en general, optoelectrónicos más eficientes, y en la búsqueda de estrategias de radioprotección o radioterapia más selectivos.

Mercado potencial

El siglo XXI ha traído notables avances en la fabricación de fuentes de luz coherentes que permiten generar pulsos de luz aún más cortos, con duraciones que alcanzan las pocas decenas de attosegundos, en la región de frecuencia ultravioleta extrema. Hoy en día, los láseres de femtosegundo se utilizan ampliamente en la mayoría de las áreas de las ciencias químicas y en muchos laboratorios.

Los paquetes computacionales comerciales de química cuántica se utilizan ampliamente en la ciencia e industria química para predecir las propiedades y la reactividad de las moléculas y para diseñar nuevos compuestos y fármacos que eventualmente puedan sintetizarse en el laboratorio. La descripción precisa de la ionización molecular es crucial para desarrollar nuevas aplicaciones y hacer predicciones confiables en las disciplinas científicas emergentes, como la attoquímica, la obtención de imágenes de la dinámica electrónica en una sola molécula y el control coherente de reacciones químicas en attosegundos.

Enlaces

https://www.xchem.uam.es/xchem/?page_id=3710

https://campusys.qui.uam.es/?page_id=1691

https://attochem.qui.uam.es/?page_id=1472

Contacto: campus.theorygroup@uam.es

Las cookies nos permiten ofrecerte nuestros servicios y mejorar tu experiencia como usuario. Aceptar todas