Nova estratégia para simular dinâmica não adiabática de moléculas em superfícies metálicas

Uma equipe de pesquisa propôs uma nova abordagem para descrever com precisão a dinâmica não adiabática mediada por transferência de elétrons de moléculas em superfícies metálicas. Seus trabalhos foram publicados em Cartas de revisão física.

Numerosos fenômenos experimentais demonstraram que a transferência de energia não adiabática é disseminada em vários processos interfaciais. Portanto, estudar a transferência de energia não adiabática é crucial para entender processos interfaciais como adsorção química, eletroquímica e catálise plasmônica.

No entanto, durante a interação entre moléculas e superfícies metálicas, vibrações moleculares, rotações e translações se acoplam a fônons e elétrons de superfície, levando a processos de transferência de energia extremamente complexos. Modelos tradicionais baseados em atrito eletrônico têm oferecido alguns insights, mas eles não conseguem capturar a complexa transferência de energia observada em estudos experimentais.

Para lidar com esse problema, o Prof. Jiang Bin da Universidade de Ciência e Tecnologia da China da Academia Chinesa de Ciências e sua equipe desenvolveram uma estratégia de simulação e a aplicaram à dinâmica de transferência de energia de moléculas de CO espalhadas de superfícies AU(111). A estratégia começa calculando os estados de transferência de carga de várias configurações de moléculas de CO nas superfícies metálicas usando a teoria funcional de densidade restrita (CDFT).

Eles então utilizaram uma rede neural de átomos embarcada (EANN) para aprender as energias CDFT e produzir superfícies de energia potencial diabática (PESs) de alta dimensão. Finalmente, eles aplicaram o método independent electron surface hopping (IESH) para simular o processo de transferência de energia.

Os resultados mostraram que as simulações corresponderam de perto aos dados experimentais para a distribuição do estado final vibracional do CO altamente excitado vibracionalmente (v_eu=17) após a dispersão. A probabilidade de relaxamento vibracional, a energia translacional média e a distribuição do ângulo de dispersão para CO excitado vibracionalmente baixo (v_eu=2) também foram reproduzidos com precisão pelas simulações.

Especificamente, os resultados da simulação também revelaram diferentes vias de transferência de energia para diferentes estados vibracionais iniciais. Para estados vibracionais iniciais altos, a energia vibracional molecular é transferida principalmente para elétrons de superfície e translação molecular. Em contraste, para estados vibracionais iniciais baixos, a energia vibracional molecular é transferida exclusivamente para os elétrons de superfície.

Este estudo representa um avanço significativo na compreensão da transferência de energia de um sistema molécula-superfície. Ao fornecer uma estrutura robusta e precisa para modelar dinâmicas não adiabáticas, esta estratégia pode ser estendida para estudar outras dinâmicas não adiabáticas em superfícies, potencialmente levando ao desenvolvimento futuro em catálise, ciência de materiais e nanotecnologia.