Molecole scrutate da una super telecamera

Questo studio risponde a una delle domande più affascinanti della chimica: quanto tempo impiega un elettrone per dare inizio al trasferimento di carica nelle molecole?

Un team internazionale composto da ricercatori del Politecnico di Milano, del Consiglio Nazionale delle Ricerche con l'Istituto di fotonica e nanotecnologie (Cnr-Ifn) e l'Istituto di struttura della materia (Cnr-Ism), dell'Universidad Autónoma de Madrid, dell'Universidad Complutense de Madrid e del Sincrotrone di Trieste, ha catturato i primi istanti del trasferimento di carica in una molecola dopo l'interazione con impulsi ad attosecondi.

Lo studio è pubblicato su Nature Chemistry (1) : Gli scienziati hanno misurato in quanto tempo un elettrone si sposta da un atomo al legame chimico adiacente, e quali sono i cambiamenti strutturali subiti dalla molecola nello stesso intervallo di tempo ultrarapido. Il lavoro è il frutto del progetto europeo TOMATTO (2), finanziato da un prestigioso ERC Synergy Grant.

In natura, la fotosintesi dà energia a piante e batteri; nei pannelli fotovoltaici la luce del Sole viene convertita in energia elettrica. Tutti questi processi sono guidati dal movimento degli elettroni e comportano il trasferimento di carica a livello molecolare. La redistribuzione della densità elettronica nelle molecole, dopo che queste assorbono la luce, è un fenomeno ultrarapido di grande importanza, che coinvolge effetti quantistici e dinamiche molecolari.

«La capacità di misurare queste dinamiche con una precisione temporale estrema non solo svela i segreti dei processi fisici, ma apre nuove strade per “progettare” molecole in grado di controllare e potenziare questi effetti» afferma la dottoressa Rocío Borrego Varillas, ricercatrice del Cnr-Ifn.

Gli scienziati hanno svelato nuovi segreti sulle dinamiche ultraveloci delle molecole, grazie all'impiego di impulsi ad attosecondi. Questa ricerca getta nuova luce sull'affascinante danza tra elettroni e nuclei in molecole di interesse tecnologico, portando la nostra comprensione dei processi chimici a un livello totalmente nuovo.

Si è scoperto che il trasferimento di elettroni dal gruppo amminico donatore avviene in meno di 10 femtosecondi (ossia in 10-14 secondi). Tale trasferimento è accompagnato da un movimento sincronizzato di nuclei ed elettroni. Successivamente, si verifica un processo di rilassamento che si sviluppa su una scala temporale inferiore ai 30 femtosecondi.

«Questo studio non solo svela i misteri delle dinamiche ultraveloci nelle molecole, ma getta anche le basi per future ricerche nel settore, aprendo le porte a incredibili progressi, sia nella teoria che nelle applicazioni pratiche della scienza degli attosecondi» afferma il dottor Mauro Nisoli, Docente del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano.

Riferimenti:

(1) Few-femtosecond electron transfer dynamics in photoionized donor–p–acceptor molecules

(2) TomAtto – ERC Synergy

Foto di Pete Linforth da Pixabay

Scheda

Che cosa: Federico Vismarra et al. “Few-femtosecond electron transfer dynamics in photoionized donor–p–acceptor molecules.” Nature Chemistry

Chi: Istituto fotonica e nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Milano (Cnr-Ifn); Dipartimento di fisica del Politecnico di Milano; Istituto di struttura della materia del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Roma (Cnr-Ism); Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia Madrid (Spain); Departamento de Química, Universidad Autónoma de Madrid (Spain); Departamento de Química Orgánica I, Universidad Complutense de Madrid (Spain); Sincrotrone Trieste, Area Science Park, Basovizza, Trieste

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