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En el IQFR, coincidiendo con la celebración de sus 90 años de historia, celebramos el 11deFebrero recordando y visibilizando a investigadoras pioneras y también a las que hoy en día trabajan en el centro. ¿Quieres conocerlas y saber de la investigación que desarrollan? Pincha aquí y aquí para conocerlas.

En sus 90 años de historia, la misión de nuestro instituto ha sido realizar una  investigación de excelencia en fisicoquímica fundamental y aplicada, contribuyendo a la formación de varias generaciones de  científicos del máximo nivel. La visión de nuestro instituto es ser una referencia internacional en investigación multidisciplinar enfocada a resolver los retos actuales de nuestra sociedad en ámbitos de salud, biotecnología, nuevos materiales y medioambiente.

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Participantes

Instituto de Estructura de la Materia

Investigador responsable: Victor José Herrero Ruiz de Loizaga

Instituto de Química Física Rocasolano

Investigador responsable: Rebeca de Nalda Mínguez

Instituto de Física Fundamental

Investigador responsable: Alberto García Vela

Departamento de Química Física I, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid

Investigador responsable: Francisco Javier Aoiz Moleres

Resumen y objetivos

La Unidad Asociada “Química Física Molecular” facilita la colaboración entre un conjunto de grupos con experiencia en el estudio de la estructura y dinámica de sistemas moleculares. En conjunto, se dispone de herramientas avanzadas, tanto teóricas como experimentales, que permiten alcanzar una mucha mejor comprensión de los fenómenos en estudio que la que resultaría del trabajo individual. Los temas de investigación que se abordan se describen en cierto detalle más abajo.

Los objetivos fundamentales que se persiguen con esta Unidad Asociada son los siguientes:

  1. Facilitar la movilidad e intercambio de personal, tanto en plantilla como en formación, entre los Centros bajo la modalidad de visitas o estancias breves.
  2. Promover el intercambio de conocimiento, técnicas experimentales y métodos teóricos entre los grupos.
  3. Facilitar el uso compartido de la infraestructura científica disponible en los Centros participantes cuando la ejecución de los proyectos así lo requiera. Facilitar la participación del personal de los Centros en actividades docentes, regladas y no regladas, organizadas por cualquiera de las partes solicitantes cuando su concurso sea requerido. Facilitar asimismo la participación de personal del CSIC en programas de Doctorado y Master.
  4. Facilitar el acceso del personal de ambos centros a las fuentes documentales disponibles en las Bibliotecas respectivas y cualquier otro aspecto que contribuya al sostenimiento y consolidación de la colaboración descrita.

Temas de investigación

Dinámica y cinética de procesos físico-químicos elementales

En este apartado se abordan estudios de dinámica de reacciones elementales y procesos inelásticos aplicando métodos teóricos mecano-cuánticos (QM) y de trayectorias cuasiclásicas (QCT). Se emplea el formalismo de probabilidades acumulativas de reacción para el estudio de propiedades de estados de transición y al cálculo de coeficientes cinéticos. Se pretende también intensificar el estudio de propiedades estereodinámicas en reaciones elementales.

Se proseguirá el estudio exhaustivo de la dinámica de algunas reacciones ion-molécula relevantes en los modelos de química del medio interestelar. Dentro de esta línea abordarán en especial: el desarrollo de la superficie de energía potencial de la reacción H2+H2+, el estudio de la dinámica clásica de esta reacción y sus variantes isotópicas, el desarrollo de un programa cuántico de propagación temporal de paquetes de onda para el estudio de la citada reacción y su extensión para el estudio de sistemas con una molécula diatómica de capa abierta, y el estudio de colisiones inelásticas de interés astrofísico entre dos moléculas diatómicas, con una de capa abierta, tales como el CH(2P)+H2. Los resultados de estas investigaciones se utilizarán para una evaluación crítica de las medidas publicadas en la bibliografía, realizando simulaciones precisas de las condiciones experimentales en cada caso. Los resultados de algunos de estos cálculos, junto con otros datos bibliográficos su usarán también para desarrollar o mejorar modelos cinéticos de plasmas fríos estudiados experimentalmente en el CSIC en los que se simulan procesos fisicoquímicos de interés en diversos medios (ionosferas, medio interestelar y reactores de fusión).

También se continuarán los estudios teóricos de procesos de control cuántico sobre alineamiento y orientación en campos intensos. Estos estudios, serán de gran utilidad para los experimentos en reacciones fotoiniciadas que se llevan a cabo actualmente, no sólo en la UCM (véase el apartado c) sino también en otros laboratorios europeos con los que se está en estrecho contacto. Se estudiará también la dinámica de procesos elementales a muy baja temperatura.

Estudio de estructuras de moléculas y fases condensadas (hielos) de interés atmosférico y astrofísico

Dentro de este apartado, que viene desarrollándose satisfactoriamente desde hace años y ha dado lugar a varias publicaciones, se centrará el trabajo en dos líneas de investigación: por una parte, la interpretación y predicción de espectros de infrarrojo de sólidos formados por mezclas condensadas de H2O, CH4 y CO2, que pueden servir para modelizar sistemas de interés astronómico o astrofísico; y por otra, en el estudio de agregados formados por moléculas presentes en la atmósfera terrestre, como H2O, HNO3, H2SO4, IxOy, y otras, de especial relevancia por su posible participación en procesos físico-químicos atmosféricos.

En ambos casos, la naturaleza del trabajo a realizar conjuntamente por miembros de esta Unidad Asociada será de tipo teórico, aprovechando las características complementarias de la experiencia de los investigadores participantes, y de las instalaciones de cálculo respectivas. Se utilizarán fundamentalmente los programas Siesta y Gaussian, de cuyo uso contamos con amplia experiencia, y que resultan especialmente adecuados para tratar sólidos y agregados moleculares de menor tamaño, respectivamente. Los resultados se centrarán en la obtención de estructuras de equilibrio de dichos sistemas, y la predicción de sus espectros vibracionales y propiedades termodinámicas.

En general será preciso seleccionar altos niveles de teoría para obtener resultados de calidad, que permitan una comparación suficientemente precisa con los resultados experimentales, superando resultados previos, cuando los hubiera, o una predicción de similares características, que pueda ser de utilidad en futuras medidas experimentales.

Interacción de radiación láser con moléculas y sustratos sólidos

En esta sección se abordan estudios conjuntos sobre la dinámica y control de fotodisociación y alineamiento molecular por medio de pulsos láser de femtosegundos y técnicas de imágenes de iones y fotoelectrones. Estos estudios pretenden obtener información detallada sobre la dinámica y el control en tiempo real de la fotodisociación de moléculas poliatómicas, pudiendo discriminar los procesos de interés, generalmente a partir del primer estado electrónico excitado disociativo, de otros concurrentes, relacionados con ionización disociativa o disociación a partir de estados electrónicos altamente excitados. Estos estudios se extenderán a la fotodisociación de radicales fríos y de agregados de van der Waals de cromóforos orgánicos con agua y amoniaco. Los experimentos de control coherente de procesos de fotodisociación se llevarán a cabo empleando técnicas de control Stark dinámico y de moldeado de pulsos láser ultracortos (pulse shaping). Por otro lado, se profundizará en los estudios de alineamiento molecular por medio de pulsos láser de femtosegundos intensos, con muy diversas aplicaciones en dinámica de reacciones químicas, en procesado de superficies, en óptica no lineal y en física molecular en régimen de altas intensidades. El alineamiento molecular en el régimen no-adiabático (impulsivo) producido por un pulso láser intenso de femtosegundos en una muestra gaseosa o en un haz molecular será diagnosticado por efecto Kerr óptico o por medio de imágenes de iones. Así mismo, se pretende iniciar una línea de investigación que involucra la generación de armónicos elevados, por medio de pulsos láser de femtosegundo en el IR ultraintensos, para el seguimientos de la dinámica de procesos de fotodisociación.

Por otra parte, se estudiará la generación de agregados moleculares en plumas de ablación de sustratos sólidos inducidas por láser por medio de técnicas ópticas (fluorescencia inducida por láser o técnicas de dispersión de luz) y de espectrometría de masas por tiempo de vuelo. Estos estudios pretenden obtener información detallada sobre los mecanismos de ablación láser y sobre la relación entre la composición y la dinámica de la pluma de ablación y las propiedades de los materiales de la pluma depositados en un determinado sustrato. Esta última línea de trabajo posee un elevado interés respecto a la fabricación de materiales nanoestructurados por medio de deposición por láser pulsado de femtosegundos. Los pulsos láser de femtosegundos se emplearán también para llevar a cabo microprocesado de diversos materiales sólidos, desde biopolímeros a metales y aleaciones.

Publicaciones conjuntas

P.C. Gómez (UCM), O.Gálvez, R.G. Mosteo, C. Puzzarini and R. Escribano (CSIC), “Clusters of atmospheric relevance: H2O/CHl/HNO3. Prediction of IR&MW spectra”, Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (2010) 4617.

P. G. Jambrina, J. M. Alvariño, F. J. Aoiz (UCM), V. J. Herrero (CSIC), and V. Sáez-Rábanos, “Reaction dynamics of the D++H2 reaction: A comparison of theoretical approaches”, Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 12591-12603 (2010)

M. Sanz, R. de Nalda (CSIC), J. F. Marco, J. G. Izquierdo, L. Bañares (UCM), M. Castillejo (CSIC), “Femtosecond pulsed laser deposition of nanostructured CdS films”, J. Phys. Chem. C, 114, 4864 (2010).

R. Montero, A. Peralta-Conde, A. Longarte, F. Castaño, M. E. Corrales, R. de Nalda (CSIC), L. Bañares (UCM), “Femtosecond time-resolved photophysics and photodissociation dynamics of 1-iodonaphthalene”, Phys. Chem. Chem. Phys., 12, 7988 (2010).

G. Gitzinger , M. E. Corrales, V. Loriot, G. A. Amaral, R. de Nalda (CSIC), L. Bañares (UCM), “A femtosecond velocity map imaging study on B band predissociation in CH3I. I. The band origin” J. Chem. Phys., 132, 234313 (2010).

F. Gámez, A. Plaza, E. Guillén, J. A. Anta, B. Martínez-Haya, S. Pérez, M. Sanz, M. Castillejo (CSIC), J. G. Izquierdo, L. Bañares (UCM), “Nanoparticle TiO2 films prepared by pulsed laser deposition: laser desorption and cationization of model adsorbates”, J. Phys. Chem. C, 114, 17409 (2010).

M. Balci, N. Uras-Aytemiz, P.C. Gómez (UCM) and R. Escribano (CSIC), “Proton transfer and autoionization in HNO3•HCl•(H2O)n particles”, Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (2011) 18145

P. G. Jambrina, E. García, Victor J. Herrero (CSIC), Vicente Sáez-Rábanos, and F. J. Aoiz (UCM). “Can quasiclassical trajectory calculations reproduce the extreme kinetic isotope effect observed in the muonic isotopologues of the H + H2 reaction?”, J. Chem. Phy. 135 (2011) 034310.

P. Bargueño, P. G. Jambrina, J. M. Alvariño, M. Menéndez (UCM), E. Verdasco (UCM), M. Hankel, S. C. Smith, F. J. Aoiz (UCM) and T. González-Lezana (CSIC), "Energy dependent dynamics of the O(1D)+HCl reaction: A quantum, quasiclassical and statistical study" Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 8502 (2011)

A. García-Vela (CSIC) y L. Bañares (UCM) “Wave packet calculations on the effect of the femtosecond pulse width in the timeresolved photodissociation of CH3I in the A-band”, Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (2011) 2228

L. Rubio-Lago (JAE-doc U. Asoc.), J.D. Rodríguez, A. García-Vela (CSIC), M.G. Gonzáalez, G.A. Amaral y L. Bañares (UCM) “A slice imaging and multisurface wave packet study of the photodissociation of CH3I at 304 nm” Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (2011) 8186

R. de Nalda (CSIC), J. Durá (Becaria U. Asoc.), J. González-Vázquez, V. Loriot, L. Bañares (UCM) “Primary step in the ultrafast photodissociation of the methyl iodide dimmer”, Phys. Chem. Chem. Phys., 13, 13295 (2011).

M. G. González, J. D. Rodríguez, L. Rubio-Lago (JAE-doc U. ASoc.), A. García-Vela (CSIC), L. Bañares (UCM) “Slice imaging and wave packet study of the photodissociation of CH3I in the blue edge of the A-band: Evidence of reverse 3Q01Q1 nonadiabatic dynamics”, Phys. Chem. Chem. Phys., 13, 16404 (2011).

A. García-Vela (CSIC), R. de Nalda (CSIC), J. Durá (Becaria U. Asoc.), J. González-Vázquez, L. Bañares (UCM), “A 4D wave packet study of the CH3I photodissociation in the A-band”. Comparison with femtosecond velocity map imaging experiments”, J. Chem. Phys., 135, 154306 (2011).

E. Aslan, N. Bulut, J. F. Castillo (UCM), L. Bañares (UCM) , O. Roncero (CSIC), F. J. Aoiz (UCM) “Accurate time dependent wave packet study of the Li+H2+ reaction and its isotopic variants” J. Phys. Chem. A, 116, 132 (2012)

G. Gitzinger, M.E. Corrales, V. Loriot, R. de Nalda (CSIC), L. Banares (UCM), “A femtosecond velocity map imaging study on B-band predissociation in CH3I. II. The 2(0)(1) and 3(0)(1) vibronic levels”, J. Chem. Phys. 136, 074303 (2012)

P. G. Jambrina, J. M. Alvariño, D. Gerlich, M. Hankel, V. J. Herrero (CSIC), and V. Sáez-Rábanos, and F. J. Aoiz. (UCM): “'Dynamics of the D++ H2 and H+ + D2 reactions: A detailed comparison between theory and experiment.”, Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 3346 (2012)

M.E. Corrales, G. Gitzinger, J. Gonzalez-Vazquez, V. Loriot, R. de Nalda (CSIC), L. Banares (UCM), “Velocity Map Imaging and Theoretical Study of the Coulomb Explosion of CH3I under Intense Femtosecond IR Pulses”, J. Phys. Chem. A 116, 2669 (2012)

M.E. Corrales, G. Balerdi, V. Loriot, R. de Nalda (CSIC), L. Bañares (UCM), “Strong field control of predissociation dynamics”, Faraday Discuss. 163, 447 (2013)