Les complexes métalliques montrent un comportement fascinant dans leurs interactions avec la lumière, qui est par exemple utilisé dans les diodes électroluminescentes organiques, cellules solaires, ordinateurs quantiques, ou même dans le traitement du cancer. Dans nombre de ces applications, le spin de l'électron, une sorte de rotation inhérente des électrons, joue un rôle important. Récemment, les chimistes Sebastian Mai et Leticia González de la faculté de chimie de l'université de Vienne ont réussi à simuler les processus de spin flip extrêmement rapides déclenchés par l'absorption de la lumière de complexes métalliques. L'étude est publiée dans la revue Sciences chimiques .

Lorsqu'une molécule est touchée par la lumière, dans de nombreux cas, une réaction dite « photo-induite » est déclenchée. Cela peut être considéré comme l'interaction du mouvement des électrons et du mouvement nucléaire. D'abord, l'absorption de la lumière "excite" énergétiquement les électrons, ce qui, par exemple, peut affaiblir certains des liens. Ensuite, les noyaux beaucoup plus lourds se mettent en mouvement. Si à un moment ultérieur les noyaux adoptent une constellation favorable les uns par rapport aux autres, les électrons peuvent basculer d'une orbite à une autre. Contrôlé par l'effet physique du "couplage spin-orbite", le spin de l'électron peut basculer au même moment.

Cette interaction du mouvement est la raison pour laquelle les processus de spin-flip dans les molécules prennent généralement assez de temps. Cependant, des simulations informatiques ont montré que ce n'est pas le cas dans certains complexes métalliques. Par exemple, dans le complexe de rhénium examiné, le processus de spin-flip a déjà lieu en dix femtosecondes, même si dans ce court laps de temps les noyaux sont pratiquement stationnaires - même la lumière ne bouge que de trois millièmes de millimètre dans ce laps de temps. Cette connaissance est particulièrement utile pour le contrôle précis des spins des électrons, comme, par exemple., dans les ordinateurs quantiques.

L'enquête est basée sur une énorme puissance informatique

L'une des plus grandes difficultés de l'enquête a été l'énorme puissance informatique requise pour les simulations. Bien que pour les petites molécules organiques, on puisse de nos jours effectuer des simulations très précises déjà avec un effort de calcul modeste, les complexes métalliques présentent un défi beaucoup plus important.

Entre autres raisons, cela est dû au grand nombre d'atomes, électrons, et les molécules de solvant qui doivent être incluses dans les simulations, mais aussi parce que le spin des électrons ne peut être décrit avec précision qu'avec des équations de la théorie de la relativité. Tout à fait, les scientifiques de l'Institut de chimie théorique ont passé près d'un million d'heures d'ordinateur sur le super ordinateur autrichien "Vienne Scientific Cluster" au cours de leur étude. Cela équivaut à environ 100 ans de temps d'ordinateur sur un ordinateur personnel typique.