molekylfysik

Molekylfysik är en gren av fysik som studerar molekylers struktur, energinivåer och dynamik samt hur molekyler interagerar med ljus och andra partiklar. Den förenar kvantmekanik, kemiska begrepp och materialvetenskap för att förstå elektroniska, vibrationala och rotationalära tillstånd hos molekyler och hur dessa tillstånd styr reaktioner och materiella egenskaper på molekylnivå.

Kärnan i molekylfysiken är kvantmekanik, ofta med Born-Oppenheimer-approximationen som delas upp molekylens rörelse i elektroniska och kärnbaserade delar. För att beskriva elektronisk struktur används teoretiska metoder som Hartree-Fock, post-Hartree-Fock-tekniker och Density Functional Theory (DFT). Potentiella energytor (potential energy surfaces) beskriver hur molekyler ändrar energi när deras geometrier förändras och underlättar förståelsen av kemiska reaktioner och övergångstillstånd. Vibrations- och rotationsnivåer ger spektrala signaturer som kan studeras med olika spektroskopiska tekniker.

Experimentella metoder inkluderar infraröd (IR) och Raman-spektroskopi för vibrationala övergångar, elektron- och fotoelektron-spektroskopi samt ultrafast pump-probe-tekniker som följer molekylers dynamik i realtid. Molekylfysiken används inom kemisk reaktionstydning, katalys, materialfysik, biokemi, atmosfär- och astrokemisk forskning samt utveckling av nya kvantteknologier där molekylära system fungerar som komponenter eller verktyg. Historiskt har den utvecklats genom kvantmekanikens framväxt och framstående tekniker inom spektroskopi och teoretisk kemi.