Molekylärfysik

Molekylärfysik är studien av molekylers struktur, dynamik och reaktioner utifrån grundläggande fysikaliska principer. Fältet ligger nära kemisk fysik och teoretisk kemi och använder kvantmekanik för att beskriva hur elektroner och kärnor beter sig i molekyler, samt hur molekyler interagerar med ljus och med varandra.

Kärnkoncept inkluderar elektronstruktur och molekylorbitaler, potentialytor som beskriver hur energi förändras med atomernas positioner, roterande och vibrerande rörelse samt effekt av elektronkorrelation. Born-Oppenheimer-approximationen används ofta för att separera elektronernas snabbhet från kärnornas långsamhet; nonadiabatiska effekter och övergångsprocesser behandlas i mer avancerade modeller. Spectroskopi (IR, Raman, UV-Vis, röntgen, kärnmagnetresonans) ger experimentella data om struktur och dynamik.

Metoder inkluderar kvantmekanikbaserade beräkningar som Hartree-Fock, post-HF-tekniker (CI, CC), densitetsfunktionalteori (DFT) och tidsberoende metoder för excitationsstudier. Molekylärdynamik och kvantdynamiska simuleringar används för att studera rörelse och reaktionsvägar på atomnivå.

Tillämpningar spänner över materialvetenskap, katalys, biokomplexitet (proteiner, nukleinsyror), atmosfärisk kemi och design av nya molekylära system inom nanoteknologi och läkemedelsforskning.

Historiskt utvecklades molekylärfysik under 1900-talet i spåret av kvantmekanik och spektroskopiska tekniker, med viktiga bidrag från utvecklingen av Born-Oppenheimer-approximationen och observation av molekylspektrum.