Investigadores de la Universidad Estatal de Ohio y la Universidad Estatal de Luisiana han desarrollado una técnica pionera para observar interacciones moleculares ultrarrápidas en líquidos mediante espectroscopia de armónicos altos. En un experimento sorprendente con fluorobenceno y metanol, descubrieron un sutil enlace de hidrógeno que suprime la emisión de luz. Este avance, publicado en PNAS, abre nuevas ventanas a la dinámica de líquidos esencial para la química y la biología.
Los líquidos juegan un papel crucial en los procesos biológicos y químicos, pero sus comportamientos moleculares han sido difíciles de observar debido al movimiento constante y las interacciones ultrarrápidas. Los métodos tradicionales como la espectroscopia óptica son demasiado lentos para capturar estos eventos, que ocurren en escalas de tiempo de attosegundos: una milmillonésima de segundo.
Un equipo de la Universidad Estatal de Ohio (OSU) y la Universidad Estatal de Luisiana (LSU) ha cambiado eso adaptando la espectroscopia de armónicos altos (HHS), una técnica óptica no lineal previamente limitada a gases y sólidos. La HHS emplea pulsos láser intensos y cortos para ionizar moléculas, liberando electrones que se recombinan y emiten luz que revela movimientos electrónicos y nucleares. Para superar los desafíos de los líquidos —como la absorción de luz y la complejidad de la señal—, los investigadores crearon una lámina líquida ultradelgada que permite que escape más luz armónica para su detección.
Probando mezclas simples, combinaron metanol con halobencenos, moléculas que difieren solo en un átomo de halógeno: flúor, cloro, bromo o yodo. La mayoría de las mezclas produjeron señales armónicas esperadas, mezclando las emisiones de los componentes. Sin embargo, la solución de fluorobenceno-metanol se comportó de manera diferente, produciendo menos luz en general y suprimiendo completamente un armónico.
"Nos sorprendió mucho ver que la solución PhF-metanol dio resultados completamente diferentes de las otras soluciones", dijo Lou DiMauro, profesor Edward E. y Sylvia Hagenlocker de Física en OSU. "No solo el rendimiento de la mezcla fue mucho menor que para cada líquido por separado, sino que también encontramos que un armónico estaba completamente suprimido."
Las simulaciones explicaron esto como un 'apretón de manos molecular' —un enlace de hidrógeno entre el flúor del fluorobenceno y el grupo oxígeno-hidrógeno del metanol, impulsado por la electronegatividad del flúor. Esta estructura organizada crea una barrera de dispersión electrónica que interfiere con la generación armónica. "Encontramos que la mezcla PhF-metanol es sutilmente diferente de las otras", señaló John Herbert, profesor de química en OSU. El equipo de LSU confirmó esto mediante modelos de la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo, mostrando que la posición de la barrera afecta los patrones de supresión, proporcionando información sobre estructuras locales de solvación.
"Estábamos emocionados de poder combinar resultados de experimento y teoría, a través de física, química y óptica, para aprender algo nuevo sobre la dinámica electrónica en el complejo entorno líquido", dijo Mette Gaarde, profesora Boyd de Física en LSU.
Este avance podría iluminar procesos en células, daño por radiación y materiales, con la HHS ahora sensible a interacciones soluto-disolvente. Financiado por el DOE y NSF, el estudio aparece en Proceedings of the National Academy of Sciences (2025).
