金属合作物在与光相互效果中表现出令人入神的行为，例如用于有机发光二极管、太阳能电池、量子核算机，乃至用于癌症医治。在许多这样的使用中，电子自旋，一种电子的固有旋转，起着重要的效果。现在维也纳大学化学学院的化学家塞巴斯蒂安·马伊和莱蒂西亚·冈萨雷斯，成功地模仿了由金属合作物的光吸收引发的极快自旋翻转进程，其研讨发现宣布在《化学科学》期刊上。当一个分子被光击中时，在许多情况下会引发所谓的“光诱导”反响。
这能够被认为是电子运动和核运动的相互效果。首要，光的吸收充溢能量地“激起”电子，例如能够削弱一些键。随后，重得多的原子核开端移动。电子能够从一个轨迹切换到另一个轨迹。在“自旋-轨迹耦合”的物理效应的操控下，电子自旋能够在同一时刻翻转。这种运动的相互效果便是为什么分子中的自旋翻转进程，一般需求恰当长的时刻。但是，核算机模仿标明，在某些金属合作物中并非如此，例如，在被查看的铼复合物中，自旋翻转进程现已在10飞秒内发作。
即便在这段短时刻内原子核实际上是停止的，即便光在这段时刻内移动也只要千分之三毫米。这关于准确操控电子自旋特别有用，例如在量子核算机中。研讨进程中最大的困难之一是模仿需很多核算机才能，尽管关于有机小分子来说：现在现已能够用恰当的核算量进行十分准确的模仿，但金属合作物提出了更大的应战。除其他原因外，这是由于很多的原子、电子和溶剂分子需求包含在模仿中，但也由于电子自旋只能用相对论的方程来准确描绘。
理论化学研讨所的科学家们在研讨进程中总共在奥地利超级核算机“维也纳科学集群”上花费了近一百万个核算机小时，这恰当于一台典型个人核算机上大约100年的核算机时刻。分子自旋的改变在化学和生物学中普遍存在，在自旋翻转进程中，最快的进程之一是过渡金属合作物中的系统间穿插(ISC)。在研讨中，使用了显式水溶液中广泛的全维激起态动力学模仿研讨了[Re(CO)3(Im)(Phen)]+(im=咪唑，phen=邻菲咯啉)的自旋弛豫动力学和发射光谱。
与在其他过渡金属合作物中观察到的相反，从单重态到三重态的改变经过两步进程发作，具有两个不同时刻尺度的显着可分离电子和核驱动组件。这个ISC进程比曾经从发射光谱中记载的这个和其他铼(I)羰基二亚胺合作物快一个数量级。包含显式激光场相互效果在内的模仿证明，需求几个周期的紫外激光脉冲来盯梢这种分子自旋轨迹波包的发生和演化。动力学剖析还提醒了推迟ISC组分，这能够用分子内振荡能量从头散布来解说。这些成果为过渡金属合作物的超快系统间穿插供给了根底知道。
博科园｜研讨/来自：维也纳大学
参阅期刊《化学科学》
DOI: 10.1039/C9SC03671G
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