Interaction of rotationally cold molecules with external fields

Resumen

En esta tesis se ha estudiado el impacto de un campo eléctrico y un campo láser no resonante en moléculas polares. El objetivo de la misma ha sido investigar el proceso de orientación de moléculas polares asimétricas y lineales usando una combinación de ambos campos. La descripción de las moléculas se hace dentro de la aproximaciones de rotor rígido y de Born-Oppenheimer. Para moléculas lineales, se ha llevado a cabo la primera descripción dependiente del tiempo de su orientación en una combinación de campos teniendo en cuenta el perfil temporal del campo eléctrico y el pulso láser. Nuestros resultados numéricos muestran un buen acuerdo con las observaciones experimentales, y explican la dependencia de la orientación con el ángulo formado por los campos, y su variación con la intensidad del campo eléctrico. Se ha mostrado que bajo pulsos láser de nanosegundos la orientación con campos estáticos débiles no es, en general, adiabática, y que se requiere una descripción dependiente del tiempo de este proceso para explicar e interpretar las observaciones experimentales. Este análisis nos ha permitido identificar los acoplamientos inducidos por los campos entre estados adiabáticos que causan la pérdida de adiabaticidad, a saber, formación de dobletes, cruces evitados y separación de los niveles energéticos con un mismo número cuántico rotacional en ausencia de campos. Para moléculas asimétricas, hemos investigado, en el marco de la aproximación adiabática, el impacto de un campo láser no resonante y uno eléctrico en su espectro y propiedades direccionales. Estos resultados han puesto de manifiesto la gran complejidad de la estructura de niveles de estos sistemas en presencia de campos. Basados en este estudio, hemos realizado una descripción teórica de los experimentos de alineación y orientación del benzonitrilo. Nuestros cálculos han reproducido las medidas de la alineación, pero predicen que el haz molecular no estaría orientado, lo que contradice las observaciones experimentales. Esto es debido a la gran cantidad de cruces evitados que caracterizan el espectro. Hemos propuesto un modelo diabático para clasificar los cruces evitados para la configuración de campos inclinados de acuerdo al número cuántico magnético en ausencia de campo de los estados involucrados. Usando este modelo, se ha logrado un mejor acuerdo entre los resultados experimentales y teóricos del grado de orientación. A continuación, hemos realizado un análisis dependiente del tiempo del impacto de un campo eléctrico y uno láser en las moléculas asimétricas. Nuestros resultados muestran que la formación de los dobletes pendulares y los numerosos cruces evitados en el espectro adiabático contribuyen a la no-adiabaticidad de la dinámica en presencia de campos. Ambos fenómenos están caracterizados por diferentes escalas temporales; por tanto, la búsqueda de una dinámica adiabática se torna una tarea más complicada para estas moléculas que para las lineales. Finalmente se estudia la orientación y alineación en 3 dimensiones de una molécula asimétrica cuyo momento dipolar permanente no es paralelo a ningún eje de polarizabilidad o inercia. Nuestros cálculos han mostrado que un campo láser elípticamente polarizado junto con uno eléctrico débil son capaces de fijar el plano molecular al de polarización del láser, y al mismo tiempo orientar las dos componentes del momento dipolar a lo largo de los dos ejes de polarización. Además, hemos encontrado que la orientación 3D de esta molécula podría alcanzarse por medio de un campo eléctrico intenso inclinado con respecto a un láser linealmente polarizado.