Un modello per il fenomeno della foto-orientazione, con applicazione alla fotoisomerizzazione dell'azobenzene

Lo scopo generale del mio lavoro di tesi è investigare computazionalmente il processo di orientazione che subisce un campione di molecole di azobenzene non interagenti tra loro, poste in un solvente viscoso ed eccitate con luce polarizzata linearmente. Si tratta quindi di studiare la cinetica ed il meccanismo della foto­orientazione nel caso più semplice. Le simulazioni della cinetica utilizzano i risultati di simulazioni più dettagliate, a livello di singola molecola, che si concentrano sui processi di eccitazione, decadimento non radiativo e rilassamento geometrico. Si tratta di simulazioni di dinamica molecolare che forniscono dati sulla distribuzione di orientazioni ottenuta dopo il ritorno allo stato fondamentale e l'eventuale isomerizzazione. Per simulare la cinetica della foto­orientazione con il gruppo di ricerca abbiamo elaborato un modello stocastico, che rappresenta il comportamento di un gran numero di molecole mediante scelte casuali riguardanti ogni singola molecola. Questo modello consente quindi di passare dai tempi e dimensioni molecolari a quelli mesoscopici (milioni di molecole), cioè di risolvere un tipico problema “multiscala”, sia pure ad un livello piuttosto semplice. In particolare ho studiato la foto­orientazione di azobenzene dovuta ad eccitazione nella banda π → π* , dove si ha l'assorbimento più intenso e rapporti di coefficienti d'estinzione ε_trans/ε_cis variabili a piacimento scegliendo la lunghezza d'onda. Ho preventivamente realizzato simulazioni di dinamica molecolare per l'azobenzene nella banda π → π* , in tre ambienti diversi a scopo di confronto: nel vuoto, in metanolo ed in glicol etilenico. Lo studio della cinetica di foto­orientazione è basato sui risultati della dinamica di una singola molecola di azobenzene in glicol etilenico. Tutto questo è stato fatto per determinare le condizioni sperimentali adatte per osservare il fenomeno di foto­orientazione in un solvente moderatamente viscoso come il glicol etilenico a temperatura ambiente. Inoltre, è stata verificata l'importanza della reazione di fotoisomerizzazione nel rendere più efficace il processo di orientazione, e sono stati distinti i contributi dei due isomeri all'anisotropia misurabile otticamente