Estudo da fotoionização de moléculas com interesse biológico : benzeno e mistura térmica da glicina em fase gasosa

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta estudos detalhados sobre a fotoionização de moléculas de benzeno (C6H6) e com os confôrmeros de glicina (C2H5NO2) e uma análise da mistura térmica desses confôrmeros foi realizada. O Método Variacional Iterativo de Schwinger foi empregado para calcular as seções de choque de fotoionização integrais e parciais, bem como o parâmetro de assimetria, na faixa de energia de 10 a 35 eV, utilizando os aproximantes de Padé para os cálculos dos estados do contínuo. Para o benzeno, o estudo considerou oito orbitais mais externos, e os cálculos foram realizados na aproximação Hartree-Fock com o conjunto de base cc-pVTZ. Os resultados revelaram desafios remanescentes, apesar do benzeno ser uma molécula amplamente estudada. As inconsistências entre as medições experimentais e os resultados teóricos sugeriram a importância de considerar os efeitos de muitos corpos, como a correlação eletrônica e os efeitos de vibração, para obter resultados mais precisos. No entanto, é importante observar que esses aspectos não foram abordados como objetivos específicos deste trabalho. O Método Variacional de Schwinger com aproximantes de Padé mostrou ser uma abordagem promissora, embora desafios adicionais precisem ser superados para uma melhor concordância com os dados experimentais. Para a glicina, foram estudados seis confôrmeros, e os cálculos da função de onda foram realizados no nível HF/6311G*. Foi observado um bom acordo qualitativo e quantitativo entre as seções de choque de fotoionização e parâmetro de assimetria nas aproximações de comprimento e de velocidade de dipolo. A análise do parâmetro de assimetria revelou que este parâmetro é menos sensível à aproximação do operador de dipolo (L ou V) do que a seção de choque de fotoionização. Além disso, foi observado que a forma do parâmetro de assimetria está correlacionada com o tipo de diferentes orbitais moleculares. A análise dos resultados também permitiu identificar a origem de mínimos no parâmetro de assimetria, associando-os a padrões de ressonância na seção de choque. A mistura térmica dos confôrmeros da glicina revelou que, no caso da fotoionização, calcular a seção de choque do confôrmero mais estável é suficiente para descrever a interação do fóton com o vapor de glicina, dada a dominância da interação coulombiana, diferentemente da seção de choque por espalhamento de elétrons por molécula neutra, no qual a interação de dipolo elétrico é importante.. Em suma, os resultados destacam a necessidade de considerar uma variedade de efeitos físicos para uma compreensão completa da interação de fótons com essas moléculas, incluindo a importância do parâmetro de assimetria como uma ferramenta crucial para a interpretação dos dados experimentais e teóricos. Isso ressalta a importância de abordagens teóricas mais sofisticadas e estudos experimentais abrangentes para avanços futuros nesse campo.

Abstract: This work presented in-depth studies on the photoionization of benzene (C6H6) molecules and the conformers of glycine (C2H5NO2), along with an analysis of the thermal mixture of these conformers. The Variational Method of Schwinger was employed to calculate integral and partial photoionization cross sections, as well as the asymmetry parameter, in the energy range of 10 to 35 eV, using Padé approximants for the continuum state calculations. For benzene, the study considered eight outermost orbitals, and the calculations were performed in the Hartree-Fock approximation with the cc-pVTZ basis set. The results revealed remaining challenges, despite benzene being a widely studied molecule. The inconsistencies between experimental measurements and theoretical results have suggested the importance of considering many-body effects, such as electronic correlation and vibrational effects, to achieve more accurate outcomes. However, it is important to note that these aspects were not addressed as specific objectives of this work. The Variational Method of Schwinger with Padé approximants proved to be a promising approach, although additional challenges need to be overcome for better agreement with experimental data. For glycine, six conformers were studied, and the wave function calculations were performed at the HF/6311G* level. A good qualitative and quantitative agreement was observed between the photoionization cross sections and the asymmetry parameter in both the dipole length and dipole velocity approximations. The analysis of the asymmetry parameter revealed that this parameter is less sensitive to the dipole operator approximation (L or V) than the photoionization cross section. Furthermore, it was observed that the shape of the asymmetry parameter is correlated with the type of different molecular orbitals. The analysis of the results also allowed for the identification of the origin of minima in the asymmetry parameter, associating them with resonance patterns in the cross section. The thermal mixture of glycine conformers revealed that, in the case of photoionization, calculating the cross section of the most stable conformer is sufficient to describe the interaction of photons with glycine vapor, given the dominance of the Coulomb interaction, unlike the cross section for electron scattering by a neutral molecule where de dipole interaction is importante. In summary, the results emphasize the need to consider a variety of physical effects for a comprehensive understanding of the interaction of photons with these molecules, including the importance of the asymmetry parameter as a crucial tool for interpreting experimental and theoretical data. This highlights the importance of more sophisticated theoretical approaches and comprehensive experimental studies for future advancements in this field.