Um artigo publicado em 18 de outubro de 2023, de autoria do professor Rene Spada, do PG-FIS, e do professor visitante Lachlan Belcher (US), foi destacado no The Journal of Physical Chemistry A, revista publicada pela American Chemical Society (ACS). O estudo apresenta um novo diagnóstico teórico para quantificar o caráter iônico de moléculas representadas por funções de onda múlticonfiguracionais. Esse estudo resulta de uma colaboração entre pesquisadores atuando no ITA, como o prof. Rene Spada e o professor visitante Lachlan Belcher (EUA), com pesquisadores de outras instituições, nacionais e internacionais, como a Universidade Federal da Paraíba, Argonne National Laboratory (EUA), Texas Tech University (EUA) e Loughborough University (UK).
O trabalho é motivado pela dificuldade em obter resultados acurados em cálculos de estados excitados iônicos pelo método de campo autoconsistente multiconfiguracional (MCSCF, sigla do inglês). Este método é um padrão para cálculos de estrutura eletrônica de átomos e moléculas, especialmente quando o cálculo envolve estados eletrônicos excitados. Esses cálculos são necessários em diversas aplicações em sensores e emissores de fótons. O método MCSCF também é utilizado como ponto de partida para métodos mais acurados, como interação de configurações multirreferencial (MRCI, sigla do inglês). No entanto, quanto utilizado com espaços ativos mínimos (para evitar custo computacional), esse método pode produzir erros significativs nos cálculos das energias de estados excitados iônicos (>2eV).
Com o objetivo de investigar esse problema, o artigo discute a natureza da diferença entre estados eletrônicos iônicos e covalentes por meio de suas densidades de transição. Foi explorado o fato de que as densidades de transição estão localizadas nos átomos caso o estado possua caráter iônico (mostrados na parte superior, fundo laranja) e nas ligações no caso do estado apresentar caráter covalentes (parte inferior, fundo azul). Para quantificar essa informação foi desenvolvido um diagnóstico (Qat) para mensurar o caráter iônico de um estado para que cientistas consigam identificar resultados que podem precisar de refinamento. Este diagnóstico foi usado para prever o desempenho do método MCSCF em um conjunto de 11 moléculas, mostrando que os estados covalentes são geralmente bem descritos, enquanto os estados iônicos requerem um tratamento por métodos mais sofisticado.
Essa pesquisa foi desenvonvida no contexto do Programa de Pós-Graduação de Física do ITA, e pertence a uma das linhas de pesquisa da área Física Atômica e Molecular (FIS-A). O ITA abre as inscrições para sua pós-graduação todos os semestres, sendo o PG-FIS uma opção para os interessados em desenvolver um mestrado ou doutorado na área de Física.