Un nuovo studio pubblicato su Nature Chemistry risponde a una delle domande più affascinanti della chimica moderna: quanto tempo impiega un elettrone per avviare il trasferimento di carica all’interno di una molecola?
Un team internazionale di ricercatori, composto da esperti del Politecnico di Milano, del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) con l’Istituto di fotonica e nanotecnologie (CNR-IFN) e l’Istituto di struttura della materia (CNR-ISM), insieme all’Universidad Autónoma de Madrid, all’Universidad Complutense de Madrid e al Sincrotrone di Trieste, ha osservato per la prima volta i primi istanti del trasferimento di carica in una molecola dopo l’interazione con impulsi di luce ad attosecondi.
Questo studio, parte del progetto europeo TOMATTO finanziato dall’ERC Synergy Grant, ha permesso agli scienziati di misurare il tempo impiegato da un elettrone per muoversi da un atomo al legame chimico adiacente, analizzando nel frattempo i cambiamenti strutturali subiti dalla molecola durante questo rapidissimo processo.
La capacità di studiare questi fenomeni è cruciale perché la dinamica del trasferimento di carica è alla base di molti processi fondamentali sia in natura che nelle applicazioni tecnologiche. Ad esempio, la fotosintesi nelle piante e nei batteri, così come la conversione della luce solare in energia elettrica nei pannelli fotovoltaici, dipendono dal movimento degli elettroni e dal trasferimento di carica a livello molecolare.
“La possibilità di misurare con precisione temporale queste dinamiche non solo rivela segreti dei processi fisici, ma apre nuove prospettive per progettare molecole capaci di controllare e potenziare questi effetti” spiega Rocío Borrego Varillas, ricercatrice del CNR-IFN.
Grazie agli impulsi ad attosecondi, i ricercatori sono riusciti a svelare nuove dinamiche ultraveloci nelle molecole. Questa scoperta approfondisce la nostra comprensione delle interazioni tra elettroni e nuclei in molecole di rilevanza tecnologica, portando la conoscenza dei processi chimici a un livello inedito. In particolare, si è osservato che il trasferimento di elettroni dal gruppo amminico donatore avviene in meno di 10 femtosecondi (10^-14 secondi), con un movimento sincronizzato di elettroni e nuclei. Successivamente, si assiste a un processo di rilassamento che si completa in meno di 30 femtosecondi.
“Questa ricerca non solo getta luce sulle dinamiche ultraveloci delle molecole, ma crea anche le basi per futuri studi nel campo della spettroscopia ad attosecondi, con potenziali applicazioni incredibili tanto nella teoria quanto nella pratica”, afferma Mauro Nisoli, docente del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano.
