Estabelecendo raios-x e decaimento não local como sonda da primeira camada de solvatação

• Processo: 24/17762-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Atômica e Molecular
• Pesquisador responsável: Arnaldo Naves de Brito
• Beneficiário: Alan Guilherme Falkowski
• Instituição Sede: Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/07261-1 - Investigando o decaimento coulômbico intermolecular em moléculas na fase gasosa, BE.EP.PD
• Assunto(s): Molécula Radiação síncrotron Raios X Solvatação Espectroscopia eletrônica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Decaimento não local | Moléculas | Radiação Síncrotron | raios-X | Solvatação | Espectroscopia Eletrônica

Resumo

Sistemas fracamente ligados desempenham um papel essencial em diversos campos científicos, incluindo biologia, química, tecnologia de sensores e terapia contra o câncer. Um tema comum nessas áreas é o papel crítico da interface líquida no nível molecular. Entre os líquidos, a água se destaca devido à sua conexão vital com a vida e às suas propriedades únicas de ligação de hidrogênio. Essas propriedades diferem entre a água no corpo da solução e a água na primeira camada de solvatação (PCS), que é conhecida por influenciar significativamente o enovelamento de proteínas, a transferência de carga e a reatividade química. Apesar de seu papel fundamental, sondar as propriedades geométricas e eletrônicas da PCS da água tem sido um desafio, limitado a técnicas avançadas como difração de nêutrons, ressonância magnética nuclear (RMN) e espalhamento de raios X. Ainda menos estudos se concentraram na estrutura eletrônica e na dinâmica da PCS devido às limitações dos métodos de sondagem atuais.Recentemente, novas técnicas espectroscópicas utilizando raios X surgiram, com o potencial de fornecer insights detalhados sobre as propriedades geométricas e eletrônicas da PCS. Se os elétrons da água ao redor preencherem uma vacância na camada interna de um átomo no meio aquoso, ocorre um processo conhecido como decaimento não-local (DNL). Estudos mostraram que o DNL fornece uma assinatura espectroscópica precisa, revelando as características eletrônicas da FSS com um nível de detalhe sem precedentes. Este projeto visa explorar essa nova técnica tanto teoricamente quanto experimentalmente.Uma aplicação promissora dessa nova técnica espectrocópica de raios X está no campo dos sensores. Sensores são cruciais em detecção de incêndios, diagnóstico de doenças, optoeletrônica, interfaces homem-máquina e até mesmo na detecção de partículas elementares. Biossensores, em particular, têm sido o foco de pesquisas recentes, incluindo seu papel no diagnóstico de doenças como a dengue transmitida pelo mosquito Aedes Aegypti. Em muitas dessas aplicações, o comportamento da transferência de carga em nível microscópico é fundamental, especialmente em ambientes aquosos, onde muitos sensores operam.Para investigar os decaimentos não-locais nesses contextos, este projeto propõe uma abordagem passo a passo, começando com sistemas mais simples e progredindo para os mais realistas. O foco inicial será o estudo da PCS da água em torno de íons metálicos (por exemplo, Li¿, Na¿, Mg²¿, Al³¿) utilizando espalhamento inelástico ressonante de raios X (RIXS) e espectroscopia de emissão de raios X (XES). Ao examinar a influência da PCS na dinâmica de transferência de carga e a probabilidade dos processos de decaimento não-local, esta pesquisa busca aprofundar nossa compreensão da transferência de carga em ambientes aquosos, abrindo caminho para avanços na tecnologia de sensores e em outros campos que dependem de sistemas fracamente ligados.