Nueva estrategia para simular la dinámica no adiabática de moléculas en superficies metálicas

Un equipo de investigación ha propuesto un nuevo enfoque para describir con precisión la dinámica no adiabática de las moléculas en superficies metálicas mediada por transferencia de electrones. Sus trabajos fueron publicados en Cartas de revisión física.

Numerosos fenómenos experimentales han demostrado que la transferencia de energía no adiabática está muy extendida en diversos procesos interfaciales. Por lo tanto, estudiar la transferencia de energía no adiabática es crucial para comprender procesos interfaciales como la adsorción química, la electroquímica y la catálisis plasmónica.

Sin embargo, durante la interacción entre las moléculas y las superficies metálicas, las vibraciones, rotaciones y traslaciones moleculares se acoplan con los fonones y electrones de la superficie, lo que da lugar a procesos de transferencia de energía extremadamente complejos. Los modelos tradicionales basados ​​en la fricción electrónica han ofrecido algunas ideas, pero no logran captar la compleja transferencia de energía observada en los estudios experimentales.

Para abordar este problema, el profesor Jiang Bin de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China de la Academia China de Ciencias y su equipo desarrollaron una estrategia de simulación y la aplicaron a la dinámica de transferencia de energía de las moléculas de CO que se dispersan desde las superficies AU(111). La estrategia comienza calculando los estados de transferencia de carga de varias configuraciones de moléculas de CO en las superficies metálicas utilizando la teoría funcional de la densidad restringida (CDFT).

Luego utilizaron una red neuronal atómica integrada (EANN) para aprender las energías de CDFT y producir superficies de energía potencial diabáticas de alta dimensión (PES). Finalmente, aplicaron el método de salto de superficie de electrones independiente (IESH) para simular el proceso de transferencia de energía.

Los resultados mostraron que las simulaciones coincidían estrechamente con los datos experimentales para la distribución del estado final vibracional del CO altamente vibracionalmente excitado (v_i=17) después de la dispersión. La probabilidad de relajación vibracional, la energía traslacional media y la distribución del ángulo de dispersión para CO con baja vibración excitada (v_i=2) también fueron reproducidos con precisión por las simulaciones.

En concreto, los resultados de la simulación también revelaron diferentes vías de transferencia de energía para diferentes estados vibracionales iniciales. En el caso de estados vibracionales iniciales altos, la energía vibracional molecular se transfiere principalmente a los electrones de la superficie y a la traslación molecular. Por el contrario, en el caso de estados vibracionales iniciales bajos, la energía vibracional molecular se transfiere exclusivamente a los electrones de la superficie.

Este estudio representa un avance significativo en la comprensión de la transferencia de energía de un sistema molécula-superficie. Al proporcionar un marco sólido y preciso para modelar la dinámica no adiabática, esta estrategia se puede extender al estudio de otras dinámicas no adiabáticas en superficies, lo que podría conducir a futuros desarrollos en catálisis, ciencia de materiales y nanotecnología.