Une équipe de recherche a proposé une nouvelle approche pour décrire avec précision la dynamique non adiabatique des molécules à la surface des métaux induite par le transfert d’électrons. Leurs travaux ont été publiés dans Lettres d’examen physique.
De nombreux phénomènes expérimentaux ont démontré que le transfert d’énergie non adiabatique est répandu dans divers processus interfaciaux. Par conséquent, l’étude du transfert d’énergie non adiabatique est essentielle pour comprendre les processus interfaciaux tels que l’adsorption chimique, l’électrochimie et la catalyse plasmonique.
Cependant, lors de l’interaction entre les molécules et les surfaces métalliques, les vibrations, rotations et translation moléculaires se couplent aux phonons et aux électrons de surface, ce qui conduit à des processus de transfert d’énergie extrêmement complexes. Les modèles traditionnels basés sur le frottement électronique ont apporté quelques éclairages, mais ils ne parviennent pas à rendre compte du transfert d’énergie complexe observé dans les études expérimentales.
Pour résoudre ce problème, le professeur Jiang Bin de l’Université des sciences et technologies de Chine de l’Académie chinoise des sciences et son équipe ont développé une stratégie de simulation et l’ont appliquée à la dynamique de transfert d’énergie des molécules de CO diffusées à partir des surfaces AU(111). La stratégie commence par calculer les états de transfert de charge de diverses configurations de molécules de CO sur les surfaces métalliques en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité contrainte (CDFT).
Ils ont ensuite utilisé un réseau neuronal atomique intégré (EANN) pour apprendre les énergies CDFT et produire des surfaces d’énergie potentielle diabatique (PES) de grande dimension. Enfin, ils ont appliqué la méthode de saut de surface électronique indépendant (IESH) pour simuler le processus de transfert d’énergie.
Les résultats ont montré que les simulations correspondaient étroitement aux données expérimentales pour la distribution de l’état final vibrationnel du CO fortement excité par vibration (vi = 17) après diffusion. La probabilité de relaxation vibrationnelle, l’énergie de translation moyenne et la distribution de l’angle de diffusion pour le CO faiblement excité par vibration (vi = 2) ont également été reproduites avec précision par les simulations.
Plus précisément, les résultats de la simulation ont également révélé différentes voies de transfert d’énergie pour différents états vibrationnels initiaux. Pour les états vibrationnels initiaux élevés, l’énergie vibrationnelle moléculaire est principalement transférée aux électrons de surface et à la translation moléculaire. En revanche, pour les états vibrationnels initiaux faibles, l’énergie vibrationnelle moléculaire est transférée exclusivement aux électrons de surface.
Cette étude représente une avancée significative dans la compréhension du transfert d’énergie d’un système molécule-surface. En fournissant un cadre robuste et précis pour la modélisation de la dynamique non adiabatique, cette stratégie peut être étendue à l’étude d’autres dynamiques non adiabatiques sur les surfaces, ce qui pourrait conduire à des développements futurs en catalyse, en science des matériaux et en nanotechnologie.
Plus d’informations :
Gang Meng et al., Premiers principes de la dynamique non adiabatique des molécules sur les surfaces métalliques avec transfert d’électrons couplé aux vibrations, Lettres d’examen physique (2024). DOI : 10.1103/PhysRevLett.133.036203