Rastrear el movimiento ultrarrápido de una sola molécula mediante imágenes orbitales de femtosegundos

Área de la Ciencia:

• Las nanociencias
• Dinámica molecular
• Espectroscopia ultrarrápida

Sus antecedentes:

• Observar la dinámica de una sola molécula requiere una resolución espacial temporal y atómica ultrarrápida.
• Los métodos actuales luchan por limitar las interacciones moleculares a la escala de tiempo de femtosegundos necesaria para la observación directa del dominio del tiempo.
• La microscopía de túnel de barrido (STM) ofrece resolución atómica, pero la resolución temporal sigue siendo un desafío.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un método para observar el movimiento de una sola molécula en su escala de tiempo intrínseca.
• Para lograr mediciones que combinen una resolución temporal ultra rápida con una resolución espacial atómica.
• Para visualizar la fotoquímica ultrarrápida y la electrónica molecular en la escala de una sola órbita.

Principales métodos:

• Se utilizó el microscopio de túnel de barrido de terahertz ultrarrápido (THz-STM).
• Empleó la electrónica de ondas de luz para manipular el movimiento electrónico en escalas de tiempo de femtosegundos.
• Desarrolló un régimen de túnel selectivo de estado utilizando formas de onda de campo eléctrico THz.

Principales resultados:

• Obtuvo imágenes instantáneas de 100 femtosegundos de la estructura orbital molecular con resolución sub-ångström.
• Se ha demostrado la eliminación de un solo electrón del orbital molecular más ocupado de una molécula de pentaceno.
• Se han detectado vibraciones moleculares coherentes a frecuencias de terahertz mediante mediciones de bomba/sonda.

Conclusiones:

• La combinación de electrónica de ondas de luz y THz-STM permite una visualización sin precedentes de la dinámica molecular.
• Este enfoque abre nuevas vías para el estudio de la fotoquímica ultrarrápida y la electrónica molecular.
• La observación directa de la dinámica de una sola órbita ahora es posible.