La física que subyace a los fenómenos magnéticos moleculares

GUSTAVO A. AUCAR

Medellin

Conferencia; Conferencia Dpto de Física Universidad de Antioquia; 2017

Universidad de Antioquia

La física que subyace a los fenómenos magnéticos moleculares.Su descripción unificada (relativisa y no relativista)Gustavo Adolfo AucarInstituto para el Modelado y la Innovación Tecnológica, IMIT (CONICET-UNNE) y Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales ? UNNE. Corrientes ArgentinaLa descripción adecuada de la dinámica electrónica de átomos y moléculas que contienen átomos semipesados o pesados (cuarta o quinta y sexta fila de la Tabla Periódica) se realiza mediante elementos de la física cuántica relativista.[1] Para el tratamiento de propiedades magnéticas se utilizan métodos y modelos semejantes a los usuales en el régimen no relativista, NR. Tambien se aplica la teoría relativista de propagadores de polarización. Esto naturalmente introduce novedades conceptuales y de cálculo importantes respecto de lo usual en el régimen NR.[2]Dentro de un marco relativista la función de onda ya no es escalar sino que contiene cuatro componentes, y el Hamiltoniano no se puede definir con exactitud como si es posible hacerlo en un marco NR. Se lo reemplaza entonces por un hamiltoniano efectivo. Además, el espín ya no es un buen número cuántico. De este modo algunas de las características y ventajas computacionales de la descripción de las propiedades electrónicas moleculares basadas en la dependencia con el espín se deben redefinir. Así ocurre con las que se dividen en singuletes y tripletes, por ejemplo.En el caso de la resonancia magnética nuclear, RMN, las propiedades espectroscópicas más importantes, como el apantallamiento magnético nuclear y el acoplamiento indirecto entre espines nucleares, que en el régimen NR se describen como propiedades singulete y, triplete y singulete, respectivamente, requieren modificaciones en su formulación teórica. A su vez el paramagnetismo y el diamagnetismo molecular se unifican en una única expresión, es decir, provienen de un mismo mecanismo electrónico. [3] Entre los efectos más novedosos a ser incluidos en el estudio de sistemas con elementos pesados se encuentran los de QED, relativistas y de tamaño nuclear.En este seminario haré una presentación general y lo más básica posible del fenómeno de la RMN y de algunas teorías y modelos que lo describen, en cuyo desarrolló participé activamente durante los últimos 25 años. [3, 4] Daré los fundamentos de la teoría de propagadores de polarización a partir del formalismo de integrales de camino de Feynman, y trataré de mostrar la potencia y belleza del mismo. Permite, por ejemplo, describir las propiedades magnéticas atómicas y moleculares con los mismos elementos formales en cualquiera de ambos regimenes, R y NR, y pasar de uno a otro regimen solo escalando la velocidad de la luz. Como aplicaciones describiré efectos inusuales aunque medibles sobre los parámetros espectroscópicos de la RMN y de otras propiedades de respuesta. Efectos de QED, relativistas, diamagnéticos y paramagnéticos, de tamaño nuclear y de entrelazamiento cuántico. 1. M. Reiher y A. Wolf. ?Relativistic Quantum Chemistry: The Fundamental Theory of Molecular Science?. 2nd edition. Wiley-VCH. 20152. P. Pyykko: ?The physics behind chemistry, and the Periodic Table?. Chem. Rev. 112, 371-384 (2012).3. G. A. Aucar, R. H. Romero y A. F. Maldonado: ?Polarization propagators: A powerful theoretical tool for a deeper understanding of NMR spectroscopic parameters?. Int. Rev. In Phys. Chem. 29, 1-64 (2010).4. G. A. Aucar: ?Toward a QFT-based theory of atomic and molecular properties?. Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 4420-4438 (2014).