Interacciones Moleculares en Oxígeno y Sistemas Relacionados
El Oxígeno es la molécula diatómica más simple que tiene dos electrones desapareados (espín electrónico S=1) en su estado electrónico fundamental y por esta razón constituye un objeto físico de considerable interés tanto fundamental como aplicado en todas sus fase. Nuestro interés general se centra en la caracterízación más precisa posible de las fuerzas entre moléculas de oxígeno. Dentro de la Aproximación de Born-Oppenheimer (BO), las ecuaciones de movimiento de los electrones se resuelven para cada posición de los núcleos, obteniéndose en este proceso la Superficie de Energía Potencial (SEP) que gobierna el movimiento de los núcleos. Nosotros hemos obtenido, por primera vez, una SEP global para el dímero de Oxígeno basada en cálculos de energía electrónica de alto nivel[1]. Este es un punto de partida muy importante para una gran variedad de estudios ya que, la misma SEP gobierna el movimiento de los núcleos en un intervalo amplio de estados físicos (enlazados y del continuo) y, más aún, por que la SEP también se puede usar para el estudio de sistemas con muchas moléculas bajo la suposición de validez de la aditividad de la interacción como suma de pares.
Nosotros hemos estudiado la transferencia de energía rotacional en la colisión O2+O2 en colaboración con el Laboratorio de Fluidodinámica (IEM-CSIC). Nuestro cálculos cuánticos de las constantes de velocidad estado a estado, a bajas temperaturas (20 K) se confrontaron con medidas Raman muy precisas de la evolución de la población rotacional a lo largo del recorrido del chorro supersónico[2], logrando un gran acuerdo con el experimento (dentro del 10%). El mismo tipo de interacción se usó para el cálculo colisional a mucho más bajas temperaturas (ultrafrías, del orden de mK), concluyéndose que la posible condensación de Bose-Einstein en esta especie molecular era realmente difícil de conseguir.
Descarga del Potencial
(O2 -O2 )
Potential Download
También investigamos la aparición de interacciones de muchos cuerpos en pequeños agregados de O2, donde la aproximación de pares se rompe. Recientemente nos hemos centrado en estos sitemas porque se ha 
demostrado recientemente que un agregado de cuatro moléculas de Oxígeno, es el bloque fundamental en la fase ε del Oxígeno a altas presiones. Los interesantes fenómenos observados en la transición a esta fase tales como los cambios de color, o el colapso magnético han abierto la cuestión sobre la naturaleza del enlace y de las interacciones dentro del agregado. Hemos realizado el primer cálculo multiconfiguracional ab initio de alto nivel para el estado singlete del agregado[4]. Hemos encontrado un incremento de la interacción de muchos cuerpos a cotras distancias dentro del agregado, lo que indicaría la incipiente formación de un enlace químico. Estos hallazgos son consistentes con diversas observaciones experimentales como, por ejemplo, las variaciones de las distancias intra- e interagregados como función de la temperatura (ver Figura).
Finalmente, también trabajamos en modelos semiempíricos para sistemas moleculares más grandes, o sistemas extendidos, donde los métdos ab initio son difíciles de aplicar. Estamos desarrollando un método basado en la adidtividad de las interacciones enlace-enlace de la componente van der Waals de las interacciones, con aplicaciones en sistemas de tipo grafeno y grafito.
[1] M. Bartolomei et al, J. Chem. Phys. 133, 124311 (2010).
[2] J. Pérez-Ríos et al, J. Chem. Phys. 134, 174307 (2011).
[3] J. Pérez-Ríos et al, J. Chem. Phys. 134, 124310 (2011).
[4] M. Bartolomei et al, Phys. Rev. B 84, 092105 (2011).