Un impulso di luce fa scomparire il polaritone

La materia esiste in diverse forme, per esempio in forma solida o liquida. Ma la materia può anche assumere forme molto inaspettate, come quando si fa incontrare luce e materia in uno spazio molto limitato. È facile isolare alcune molecole di materia, ma catturare la luce richiede attrezzature speciali e minuscole nano-antenne che funzionano in modo molto simile alle antenne TV vecchio stile captano un segnale TV, ma su scala molto più piccola.

Poiché possiamo produrre vaste aree coperte da queste antenne e mirare in linea di principio a future applicazioni pratiche su larga scala della chimica della polarizzazione, siamo molto incuriositi dai rapidi processi che si verificano quando queste nuove interazioni si verificano sulle antenne. Questo è importante quando progettiamo sistemi futuri utili ed efficienti dal punto di vista energetico che funzionano con la luce e la materia, afferma il professor Alexander Dmitriev, Università di Göteborg.

Riflette le reazioni chimiche

Quando la luce viene catturata e isolata su un’antenna, poi racchiusa da alcune molecole organiche, compaiono strani nuovi corpi, un misto di luce e materia: i “polaritoni”. Se queste nuove molecole partecipano a una reazione chimica, la reazione è completamente invertita. Potrebbe andare più lento o più veloce, oppure la differenza di energia nella reazione significa che potrebbe andare in una direzione che non era prevista e formare prodotti di reazione completamente nuovi.

Questo affascinante campo della chimica, chiamato “chimica polaritonica”, sta cambiando il modo in cui guardiamo a ciò che è possibile con la chimica. Poiché i polaritoni sono costituiti in parte da luce e in parte da materia, possono essere studiati con la luce stessa come vettore di informazioni durante l’interazione durante la formazione di un polaritone.

Gli esperimenti con la sonda a pompa che utilizzano sorgenti laser a femtosecondi rivelano dinamiche altrimenti non disponibili per noi. Tali studi aprono la strada allo sviluppo della chimica nel campo ultraveloce e promettono molte applicazioni entusiasmanti, dalla raccolta di energia al calcolo quantistico, afferma Joel Kotrov, dell’Università di Costanza, primo autore dell’articolo scientifico.

Distrutto da impulsi di luce

Un team internazionale di ricercatori provenienti da Svezia, Italia, Germania e Lussemburgo, esperti in diversi campi (nano, molecole organiche, teoria quantistica e ottica ultraveloce), rivela cosa succede quando impulsi di luce molto brevi colpiscono i poli in spazi molto ristretti. Si scopre che vengono rapidamente distrutti e quindi l’intero sistema è invece controllato da transizioni elettroniche convenzionali nelle molecole.

Strani fenomeni, come l’emergere e il collasso di questi stati misti di materia e luce, sono espressioni della natura quantomeccanica alla base del nostro mondo. Promettono nuove applicazioni tecnologiche a lungo termine e allo stesso tempo affascinanti da un punto di vista fondamentale, afferma il professor Stefano Corni, dell’Università di Padova, Italia.

Questa è una conoscenza molto importante quando si progettano le interazioni polaritoniche. I riflessi possono essere veloci e si potrebbe essere tentati di usare brevi impulsi di luce per studiarli. Ma la scomparsa dei poli avrà un impatto importante sugli esiti attesi di queste nuove interazioni. Questo lavoro fornisce una profonda nuova comprensione dei processi coinvolti.

L’aspetto importante di questo lavoro è che esamina un’area che si pensava fosse ben compresa. È sempre importante approfondire le nostre conoscenze esistenti e migliorare la nostra comprensione. Oltre alla nuova chimica dei polaritoni, questo lavoro è utile nella pratica anche per i gruppi di ricerca che lavorano con i sistemi di chimica quantistica, con l’obiettivo di controllare la materia chimica e le interazioni su scale temporali molto brevi (femtosecondi) e molto piccole (nanometri), afferma Niccolò Macafferi di Umeå University e l’Università del Lussemburgo.

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