La coherencia cuántica mejora las tasas de transferencia de electrones a dos receptores de electrones equivalentes

Área de la Ciencia:

• La fotoquímica
• Dinámica Cuántica
• Interacciones moleculares

Sus antecedentes:

• La transferencia de electrones (ET) es fundamental en los procesos químicos y biológicos.
• La coherencia cuántica puede influir en las tasas de ET, particularmente en sistemas con múltiples aceptores.
• Los compuestos de donante-aceptor (DA) proporcionan una plataforma para estudiar estos fenómenos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de la coherencia cuántica en las tasas de transferencia de electrones fotodrivados.
• Para comparar las tasas de ET en los sistemas de donante-aceptante con uno versus dos aceptantes.
• Para aclarar el papel de la temperatura en la dinámica ET en estos sistemas.

Principales métodos:

• Síntesis de compuestos donante-aceptor que unen el donante de antraceno (An) con los aceptores de 1,4-benzoquinona (BQ).
• Técnicas espectroscópicas ultrarrápidas para medir las tasas de transferencia de electrones por debajo del picosegundo.
• Estudios de temperatura variable (en ambiente y criogénico) para estudiar los efectos dependientes de la temperatura.

Principales resultados:

• La transferencia de electrones del antraceno a dos benzoquinonas es aproximadamente 2,4 veces más rápida que a una benzoquinona a temperatura ambiente.
• A temperaturas criogénicas, la velocidad de ET a dos benzoquinonas se vuelve aproximadamente 5 veces más rápida que a una.
• Se observa un aumento del factor 2 en la mejora de la velocidad a bajas temperaturas.

Conclusiones:

• La coherencia cuántica juega un papel crucial en la mejora de las tasas de transferencia de electrones en sistemas de múltiples aceptores.
• La mejora de la velocidad observada se atribuye a una transición de ET de un solo sitio a ET coherente que implica un estado de superposición.
• Las fluctuaciones correlacionadas entre el sistema y el baño a bajas temperaturas contribuyen aún más a la mejora de la eficiencia de ET.