Dynamics and Stereodynamics of Molecular Photodissociation by Slice and Velocity Map Ion Imaging

• Autores: Javier Cachón
• Directores de la Tesis: Luis Bañares (dir. tes.), Pedro Recio Ibañez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2025
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 161
• Títulos paralelos:
  • Dinámica y Estereodinámica de la Fotodisociación Molecular por Cartografía y Tomografía de Imágenes de Iones
• Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Javier Aoiz Moleres (presid.), Juan Enrique Verdasco Costales (secret.), Gustavo García Macías (voc.), Paulo Manuel Limao Vieira (voc.), Maria Eugenia Corrales Castellanos (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Avanzada por la Universidad Complutense de Madrid
• Menciones:
  • Internacional
• Calificación: Sobresaliente
• Materias:
  • Física
    • Física molecular
      • Iones moleculares
  • Química
    • Química analítica
      • Otras especialidades de química analítica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    Esta Tesis Doctoral se enmarca en el campo de la Dinámica Molecular de Reacciones Químicas. Esta se centra en la dinámica de la fotodisociación molecular, un proceso en el cual un enlace químico se rompe debido a la absorción de un fotón. Aunque aparentemente simple, este proceso puede volverse complejo, ya que involucra múltiples superficies de energía potencial e interacciones entre estados electrónicos, como los acoplamientos no adiabáticos e intersecciones cónicas. Esta complejidad da lugar a problemas multidimensionales y a diversas vías de reacción tras la absorción del fotón. La investigación presentada en esta tesis emplea láseres pulsados de nanosegundos combinados con técnicas de bomba (excitación) y sonda (detección) en haces moleculares, junto con métodos de formación de imágenes de iones. El haz molecular, que contiene la molécula en estudio y un gas portador, es alcanzado por dos pulsos láser. El primer pulso excita y disocia la molécula, mientras que el segundo ioniza los fragmentos resultantes. Se utiliza ionización multifotónica resonante para mejorar la sección eficaz de absorción de múltiples fotones. Los iones generados son extraídos y detectados mediante un detector sensible a la posición (placa de microcanales) y una pantalla de fósforo, produciendo imágenes de iones que contienen toda la información dinámica y estereodinámica sobre el proceso de fotodisociación.

  • English

    This Doctoral Thesis falls within the field of Molecular Dynamics of Chemical Reactions. It focuses on the dynamics of molecular photodissociation, where a chemical bond is broken due to photon absorption. While seemingly simple, this process can become complex, involving multiple potential energy surfaces and interactions between electronic states, such as non-adiabatic couplings and conical intersections. This complexity results in multidimensional problems and varied reaction pathways after photon absorption.

    The present research employs nanosecond pulsed lasers combined with pump (excitation) and probe (detection) techniques on molecular beams, along with ion imaging methods. The molecular beam, comprising the molecule under study and a carrier gas, is intersected by two laser pulses. The first pulse excites and dissociates the molecule, and the second pulse ionizes the resulting fragments. Resonant multiphoton ionization is used to enhance absorption cross-sections of multiple photons. The ions generated are extracted and detected using a position sensitive detector (microchannel plate) and a phosphor screen to produce ion images which contain all the dynamical and stereodynamical information about the photodissociation process.

    Experimental observables, such as identifying reaction products, determining quantum states, measuring absorption cross-sections, and analyzing energy and angular distributions, help determine dissociation pathways and reaction mechanisms. Theoretical calculations of electronic structures of the molecules under study further aid in elucidating these mechanisms, verifying the accuracy of the theoretical models and potential energy surfaces.

    Key findings of the present work include the ultraviolet photodissociation dynamics of methylamine (CH3NH2) into H-atom, and CH and NH radical fragments and a comparative study of the stereodynamics of various alkyl iodides and bromo-iodomethane by looking at atomic fragment alignment. The thesis concludes with significant insights into molecular dynamics and stereodynamics, and the validation of theoretical models.