Métodos basados en la propagación de trayectorias para el estudio de la dinámica cuántica ultra-rápida

Resumen

Introducción. Se desarrollaron métodos novedosos para la simulación computacional de la dinámica cuántica ultrarápida en sistemas moleculares. Éstos fueron utilizados en el estudio de una amplia variedad de procesos dinámicos fotoinducidos en átomos, moléculas y sólidos. Métodos. La nueva metodología ha establecido una correspondencia entre el sistema cuántico original y un sistema clásico equivalente con un número mayor de dimensiones. Las ecuaciones de movimiento resultantes fueron integradas numéricamente utilizando algoritmos de paso de tiempo variable, los observables calculados fueron comparados con los resultados de la propagación de paquetes de onda. Resultados. La nueva metodología ha reproducido efectos cuánticos paradigmáticos como la energía de punto cero, el efecto túnel y la interferencia cuántica; su exactitud y eficiencia numérica ha superado las de otras herramientas computacionales disponibles en la actualidad. Se describieron correctamente fenómenos tan diversos como la fotoionización de un átomo por un pulso láser ultracorto, la predisociación vibracional de complejos de van der Waals, la dinámica electrónica en puntos cuánticos y la fotoexcitación de átomos de metales alcalinos en matrices de gases nobles. Conclusiones. La simulación de la dinámica cuántica de átomos, moléculas y sólidos demostró que las predicciones del método basado en la propagación de trayectorias interactuantes se han encontrado en excelente correspondencia con los observables calculados a partir de la solución directa de la ecuación de Schrödinger y con los datos experimentales disponibles. Adicionalmente, el método ha proporcionado una representación intuitiva de los procesos dinámicos, ya que las trayectorias han coincidido con las líneas de flujo de la densidad de probabilidad cuántica.