Lucas Medeiros Cornetta.

Com o advento das fontes de luz síncrotron de quarta geração, a comunidade da Física Atômica e Molecular tem um novo campo se abrindo. Essas máquinas produzem brilho dez vezes maior do que as gerações anteriores e um poder de resolução acima de 10000, o que são propriedades fundamentais para viabilizar obtenção de propriedades espectroscópicas de alta resolução. No estudo de amostras moleculares baseadas no espalhamento de luz na faixa de raios-X, tais condições são particularmente necessárias se quisermos, por exemplo, alcançar uma resolução vibracional (dezenas a centenas de meV) na faixa de excitação de elétrons de bordas 1s do carbono e/ou 1s do oxigênio (fótons entre 280 eV e 550 eV). Por essa razão, as técnicas de alta resolução são consideradas estado-da-arte e estão associadas ao que muitos na comunidade de raios-X classificam como um Período de Renascença. No Brasil, há no SIRIUS linhas de luz de alta resolução, cujas operações se iniciaram recentemente, dedicadas a espectroscopia baseada em espalhamento de raios-X com particular destaque para sistemas moleculares (por exemplo, a linha IPÊ). A teoria e a modelagem computacional serão fundamentais para compreender e guiar novos experimentos nesta área.O principal objetivo deste projeto de pesquisa é estabelecer e conduzir um grupo de pesquisa dedicado a desenvolver teoria e técnicas computacionais para o cálculo de seções de choque de espalhamentos de luz, com o foco principal em líquidos e gases moleculares. Os avanços nesse contexto não apenas trarão um novo destaque para o Instituto, visto que é uma área pouquíssimo explorada no país, como também trabalharemos com grupos experimentais de forma muito próxima, colaborando para compreender, guiar e propor novos experimentos em linhas de luz de última geração.

O espalhamento inelástico ressonante de raios-X (RIXS) é uma técnica de última geração, é specífica para cada elemento e permite a resolução vibracional do estado fundamental como resultado da dinâmica do pacote de ondas no estado de caroço excitado. O objetivo do projeto é desenvolver um aplicativo completo para simulações RIXS. O código visa ser eficiente, acessível e colaborativo no futuro. Modelos matemáticos e aproximações necessários para descrever seções de choque RIXS para moléculas poliatômicas não são totalmente compreendidos, e o projeto também se propõe a fornecer uma teoria precisa para fins práticos. A fim de adaptar nossos modelos para simulações de fase líquida, combinações de mecânica quântica e clássica serão exploradas.

A distinção experimental de confôrmeros com base em suas diferentes assinaturas espectroscópicas durante processos químicos pode fornecer informações úteis para o design de novos dispositivos moleculares. Tais dados são de grande interesse no contexto da fotossíntese artificial, na busca de fontes de energia renováveis e em outros processos dinâmicos que envolvem transferência eletrônica. Este projeto tem como objetivo explorar o papel dos confôrmeros com base na descrição teórica do espalhamento ressonante inelástico de raios-X (RIXS). Medidas RIXS são elemento-específico e permitem a resolução vibracional no estado fundamental como resultado da dinâmica do pacote de ondas no estado onde um elétron de camada interna foi excitado. Todas essas características são possíveis em moléculas isoladas e solvatadas. Elegemos o etanol como nossa objeto de estudo, uma vez que o etanol apresenta dois confôrmeros em fase gasosa em condições padrões. Embora a configuração experimental para medições RIXS esteja bem estabelecida, aproximações necessárias para modelar seções de choque de espalhamento de moléculas como etanol, ou mais complexas, não são totalmente compreendidas, e o projeto propõe fornecer uma teoria precisa neste tocante. Além disso, também propomos combinar a mecânica quântica e a clássica para estender nossa modelagem às medições de etanol em fase líquida.

Dinâmicas moleculares induzidas pela captura eletrônica usualmente dão origem a processos físico-químicos de grande interesse, por intermédio de ânions transientes. Atualmente, descrições teóricas usuais das dinâmicas de tais ânions ressonantes são ainda limitadas a estudar sistemas pequenos ou modelos simplificados. Nós propomos uma nova abordagem para o problema, baseado na metodologia AIMS, onde a dinâmica nuclear é obtida quanticamente e assim efeitos não-adiabáticos podem ser levados em conta. A metodologia será inicialmente utilizada para estudar clusters de 5BrU[H2O]n. A principal motivação é tentar mimetizar efeitos do ambiente aquoso na formação de ânions transientes de radio-sensibilizadores como a 5-BrU. Um resultado experimental recente foi um dos motivadores da escolha do sistema.