Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
Program 2013-14
Imágenes ultrarrápidas de la dinámica del mundo nanoscópico: fundamentos de nuevas técnicas en espectroscopía, microscopía y difracción
Resumen de la conferencia por:

Jesús Santamaría Antonio
Doctor en Ciencias Químicas (1974) y Catedrático de Química Física desde 1983. Becario Fulbright en la Universidad de California Irvine (1975-77) y becario NATO en la Universidad de Cornell (1984). Profesor visitante en las Universidades de Cornell (1980-87), UC Londres (1989) e Irvine (1990-91). Ha participado en proyectos y redes internacionales: NSF (1980-83), C. C. Hispano-Norteamericano (1985-88), varias Acciones integradas (1989-96), Redes ULTRA (2000-03) y DYNA (2005-10) de la ESF, Doctorado europeo Florencia-UCM (2005-11). Su investigación se centra en estudios teóricos de Dinámica Molecular de procesos químicos ultrarrápidos, en particular en presencia de campos láser pulsados (Femtoquímica). Ha sido Secretario de la RSE de Química (1983-86), Decano de la Facultad de C. Químicas de la UCM (1998-2006), miembro del Consejo Directivo del Laboratorio Europeo LENS de Florencia (2005-11) y ha coorganizado dos congresos internacionales en Femtoquímica (Femto5, Toledo 2001, y Femto10, Madrid 2011). Académico Numerario de la Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
 
texto completo publicado de la conferencia (pdf - 1.9 mb.)

resumen

La aplicación de los métodos de imagen (visualización) al seguimiento de procesos ultrarrápidos (movimientos de átomos y moléculas en el nanomundo) comenzó poco después de la aparición de los métodos difractométricos de Rayos X (1912) y electrones (1925) en cristales, mediante el estudio óptico del movimiento browniano y también de la espectroscopía de fluorescencia de sistemas que presentan pulsaciones cuánticas (1927). La imagen de un objeto en un sistema óptico es (E. Abbe, 1878) el efecto de interferencia en el plano imagen que sigue a un fenómeno de difracción en el plano focal (o sea, implica dos transformadas de Fourier consecutivas). Las imágenes vienen dadas por la Microscopía (óptica, electrónica, campo cercano, etc.), en la cual se pueden medir directamente no sólo las amplitudes, sino también las fases de los factores de estructura, es decir, esas imágenes están basadas en la coherencia espacial. Otras técnicas como la Espectroscopía (óptica, RMN, absorción de rayos X) atienden a la respuesta temporal o del dominio de frecuencias, y finalmente la Difracción (rayos X, electrones) se preocupa de la respuesta de la estructura espacial a la perturbación.

Hacía falta un nuevo método, el método estrobóscópico no lineal (pulsos ultracortos consecutivos de bombeo y sondeo de gran intensidad, uno de los cuales es un pulso láser) para crear un retardo entre la excitación y la prueba del efecto logrado, con el fin de poder explorar sistemáticamente los cambios cadenciales ocurridos en el sistema a lo largo del proceso originado. Esto ha conducido a una plétora de métodos pulsados en Espectroscopía (nuevos métodos no periódicos, cartografía de velocidades, Femtoquímica, Attofísica), Microscopía (campo cercano STM y AFM, microscopio de reacción COLTRIM, UDM electrónica ultrarrápida, etc.), Interferometría, Difracción (rayos X de electrones libres XFEL, de imagen sin lentes), RMN (pulsado, n dimensional), etc, donde muchas veces desaparece la distinción entre los mismos, dado que los aparatos empleados implican el uso conjunto de diversas técnicas.

Tratamos de dar una visión de no especialista sobre los principios que subyacen en estas nuevas técnicas: coherencia, estroboscopía, no linealidad, etc., a la vez que presentaremos ejemplos de aplicaciones actuales de las mismas a procesos ultrarrápidos en Química y Física (relajación, dinámica estructural, cambios de fase, reacción química, dinámica electrónica) que van desde los microsegundos (10-6 s) hasta los attosegundos (10-18 s).