ANNUAL REPORT 2011 - Instituto de Estructura de la Materia

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También se ha concluido y publicado un trabajo sobre la banda 2 de la molécula de Etano sustituido con 13 C( 12 CH 3 - 13 CH 3 ) cuyo análisis se ha llevado a cabo en colaboración con el Profesor N. Moazzen Ahmahdi de laUniversidad de Calgary, y otro sobre la molécula de N 2 , para la que se hemos medido de forma muy precisa losensanchamientos por autocolisiones a diferentes temperaturas.En el Laboratorio de espectroscopía IR por diferencia de frecuencias ópticas, se ha desarrollado el método demedida precisa de frecuencias empleando una cavidad de transferencia y un láser de Ar + anclado a una transición delI 2 como referencia absoluta. La conclusión de este sistema está pendiente de la adquisición de un ondámetrocomercial con una exactitud de 10 MHz. Se han llevado a cabo determinaciones preliminares de las prestaciones delnuevo diseño del espectrómetro, obteniendo una relación S/R en trasmisión mejor que 1:2000. La exactitud en laescala de frecuencias en esta fase preliminar es del orden de 2x10 -4 cm -1 tomando como referencia las medidas másprecisas disponibles para el multiplete P(7) de la banda 3 del 12 CH 4 realizadas por espectroscopía de saturaciónreferenciada a un peine óptico de frecuencias.En este laboratorio también se ha comenzado la puesta a punto de un dispositivo experimental encaminado a realizarespectroscopía Raman estimulada con láseres continuos en el interior de un nuevo tipo de fibras ópticas, Hollowcore photnic crystal fiber (HCPCF). El mecanismo de guiado en este tipo de fibras (efecto de band-gap fotónico)hace posible diseñarlas con un núcleo hueco, susceptible de ser llenado con el gas de interés. El alto grado deconfinamiento de la luz y la mayor longitud de interacción en este medio, nos ha llevado a concebir una nuevaconfiguración experimental para realizar espectroscopía Raman de alta resolución sin láseres pulsados. Finalmente,se han observado las primeras señales Raman, con una resolución espectral mejor que 0.006 cm -1 y notable relaciónseñal/ruido, en la banda ν1 del CO2 a 100 kPa.FISICA MOLECULAR TEÓRICAControl Cuántico Molecular. Alineamiento y Orientación MolecularSe ha continuado el estudio del control del alineamiento y la orientación de un sistema de moléculas diatómicasdipolares en una red óptica, sometidas a una combinación de campo eléctrico estático y un tren de pulsos láserintenso no resonante. La interacción dipolar de largo alcance introduce propiedades macroscópicas radicalmentenuevas en un gas cuántico y el campo está en plena expansión a nivel teórico y experimental. El control de laorientación de los dipolos permite controlar estas propiedades.Una aplicación muy importante de estos sistemas es la Computación Cuántica. Hemos demostrado que la inclusiónde pulsos láser no resonantes permite un control muy detallado del entrelazamiento entre moléculas dipolares en unared óptica.En moléculas aisladas, se han estudiado los estados cíclicos para potenciales HCP (Half-Cycle Pulse). Estospotenciales intrínsecamente asimétricos permiten directamente la orientación de moléculas dipolares y sus estadoscíclicos pueden ser creados y controlados de forma adiabática mediante una evolución adecuada del campo decontrol.El control del grado de libertad de torsión en moléculas no rígidas es fundamental en áreas emergentes como laelectrónica molecular y la nanotecnología. Basándonos en cálculos rigurosos de los niveles de energía rotacióntorsión-Starkde moléculas no rígidas de tipo bifenil, hemos demostrado que, en contra de la creencia previa, losestados instantáneos de estas moléculas en interacción con un campo láser intenso están muy deslocalizados en lacoordenada torsional, incluso para los estados de menor energía. Así, hemos demostrado que el control del cambioen la planaridad de esta molécula es esencialmente imposible para temperaturas mayores que unos pocos Kelvin.Hemos continuado estudiado el estudio de la transferencia de energía en light-harvesting complexes (LHC)relacionados con la fotosíntesis y la importancia de la coherencia cuántica y aspectos no markovianos en el flujo deenergía. Se ha utilizado un modelo excitónico y se ha calculado el rendimiento de la transferencia de energía asícomo su dinámica temporal para el complejo Fenna-Matthews-Olson. Hemos empleado el modelo para interpretarespectros de eco en dos dimensiones para este complejo. Este trabajo se ha realizado en colaboración con el grupodel Dr. Tobias Kramer en la Universidad de Regensburg.Gases Cuánticos UltrafríosHemos estudiado la generación de momento en un sistema de átomos inicialmente en reposo en una red óptica,modulando la red mediante un potencial periódico en el espacio y en el tiempo y de promedio cero. La generaciónde una corriente asintótica a tiempo infinita requiere la ruptura simultánea de la simetría espacial y temporal.Nuestro trabajo ha demostrado que, incluso en presencia de simetría de inversión temporal, se puede conseguir una38
corriente promedio neta, en una escala temporal controlable comparable a la duración de un experimento real. Elmodelo que proponemos es altamente controlable y robusto. Hemos estudiado el efecto de la interacción entrepartículas y demostrado que podemos generar y controlar corriente mantenida para este sistema mediante unamodulación pulsada del parámetro de interacción.Se ha continuado el estudio del uso de técnicas de contaje de átomos para distinguir fases fuertementecorrelacionadas en átomos ultrafríos, tanto para bosones como para fermiones. Este trabajo se ha realizado encolaboración con el grupo del Prof. M. Lewenstein del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona.2A.4 DPTO. DE FÍSICA MACROMOLECULARLÍNEAS DE INVESTIGACIÓN:‣ Simulación de reacciones de polimerización y de propiedades físicas de polímeros.‣ Propiedades físicas y nanoestructura de polímeros.‣ Física de polímeros: Movilidad y orden en sistemas macromoleculares.‣ Aplicación de la luz sincrotrón al estudio de polímeros y materiales nanoestructurados.‣ Intercaras.SUBLÍNEAS DE INVESTIGACIÓN:Nanoestructura de películas delgadas poliméricas.Nanocompuestos poliméricos: Estructura y propiedades físicas.Confinamiento en la estructura y la dinámica de la materia condensada blanda.Conformación de materia blanda biológica: Proteinas de membrana en disolución.Estudio de los procesos de microdeformación, relación con la nanoestructura y optimización depropiedades mecánicas.Primeros estadios de la cristalización de polímeros sometidos a campos de deformación de tipo cizalla.Estudio de la nanoestructura de materiales multilaminares mediante dispersión de rayos X a ángulos ultrapequeños(USAXS).Desarrollo de la estructura y propiedades de polímeros naturales y nanocompuestos.Procesos de recristalización en sistemas semirrígidos.Fenómenos de precristalización, cristalización y transiciones de fase en polímeros sintéticos y naturales.Síntesis de poliolefinas funcionalizadas.Estudio de las reacciones de polimerización mediante cálculos mecano-cuánticos.Simulación jerarquizada de dinámica macromolecular.Nuevas poliolefinas con arquitectura controlada: estructura y propiedades.Dinámica molecular y propiedades viscoelásticas.Procesos de extrusión en mezclas de poliolefinas.Dinámica molecular y propiedades dieléctricas.Interrelación estructura-dinámica en materia condensada blanda polimérica.Microscopía electrónica tridimensional: Estudio estructural de macromoléculas biológicas.Hidrodinámica de proteínas y complejos macromoleculares biológicos.Biofísica.TÉCNICAS UTILIZADAS:o Dispersión y difracción de rayos X a ángulos grandes (WAXS), pequeños (SAXS), ultra-pequeños(USAXS) y con incidencia rasante (GISAXS), incluyendo el uso de micro- y nano-haces de radiaciónsincrotrón.o Calorimetría diferencial de barrido.o Dispersión cuasielástica de neutrones (IQNS).o Microscopía óptica y de barrido (SEM).o Espectroscopía Raman.o Micro- y nano-dureza.o Dispersión de neutrones.o Espectroscopía dieléctrica de banda ancha.o Reometría de cizalla en torsión dinámica y continua.o Reometría de extrusión capilar y elongacional.o Análisis dinamo-mecánico en flexión.39
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