Molekylfysikk

Molekylfysikk är den gren av fysiken som studerar molekylers struktur, energier och dynamik på atomnivå. Fältet behandlar hur atomer binds ihop i molekyler, hur molekyler roterar och vibrerar, samt hur elektronernas tillstånd uppstår och övergår vid energiövergångar. Det används för att förstå kemiska reaktioner, materiaegenskaper och biologiska processer på molekylnivå.

Teoretiskt bygger molekylfysik på kvantmekanik och ofta Born–Oppenheimer-approximationen, som separerar elektronernas rörelse från atomkärornas rörelse. Detta leder till potentialytor som styr molekylens vibrationer, rotationer och reaktiva vägar. Energinivåer delas vanligtvis in i elektroniska, vibrationala och roterande tillstånd. Vid övergångar följer selektionsregler som avgör vilka spektra som observeras i olika tekniker.

Experimentellt används molekylfysikens tekniker för att mäta spektra och dynamik: infraröd (IR) och Raman-spektroskopi för vibrationstillstånd, UV/Vis-spektroskopi för elektroniska övergångar, samt spridningstekniker som röntgen- och neutronstrålar eller molekylstrålemetoder för att studera struktur och interaktioner.

Därigenom tillämpas molekylfysik inom kemi, materialvetenskap, biologi, atmosfärforskning och katalys. Metoder i fältet omfattar även teoretiska beräkningar inom kvantkemi (Hartree-Fock, DFT och post-HF) och molekylär dynamik för att förstå tidsmässiga processer från femtosekunder till nanosekunder.

Molekylfysik står nära kemisk fysik och fysikalisk kemi och tar ofta hjälp av beräkningsmodellering för att koppla mikroskopisk struktur till makroskopiska egenskaper.