Un team di ricerca guidato dal Prof. Dr. Frank Stienkemeier e dal Dr. Lukas Bruder dell'Istituto di Fisica dell'Università di Friburgo ha applicato per la prima volta la spettroscopia 2-D a sistemi molecolari isolati, e quindi nel tracciare più precisamente i processi interattivi a livello molecolare. Il team ha pubblicato i suoi risultati sulla rivista scientifica Comunicazioni sulla natura .

I processi a livello atomico e molecolare spesso avvengono su scale temporali molto brevi, più veloce di un miliardesimo di secondo, e si basano sull'interazione di molti fattori. Fino ad ora, questo ha reso difficile decifrare i precisi meccanismi microscopici come la conversione dell'energia nel fotovoltaico o la fotosintesi.

La spettroscopia bidimensionale coerente prevede impulsi laser ultracorti sparati su un materiale. Questo metodo ha consentito ai ricercatori di seguire le dinamiche di tali processi. La spettroscopia bidimensionale fornisce una quantità di informazioni molto maggiore rispetto ad altri metodi, combinato con un'elevata risoluzione temporale nell'intervallo dei femtosecondi, la milionesima parte di un miliardesimo di secondo. Però, per motivi tecnici, questo metodo era stato precedentemente limitato allo studio di materiale sfuso liquido o solido. "Negli esperimenti precedenti, i campioni erano molto complessi, il che rendeva estremamente difficile isolare i singoli effetti quantomeccanici e studiarli con precisione. Il nostro approccio supera questo ostacolo, " spiega Bruder, che ha guidato l'esperimento.

In preparazione all'esperimento, gli scienziati hanno prodotto goccioline di elio superfluido, che non hanno attrito, in un vuoto ultraelevato. Le goccioline misurano solo pochi nanometri e fungono da substrato in cui i ricercatori sintetizzano le strutture molecolari reali utilizzando un principio modulare, in altre parole, combinando i componenti molecolari uno per uno. Queste strutture vengono poi studiate mediante spettroscopia 2-D. "Negli esperimenti, abbiamo combinato diverse tecnologie specifiche che hanno drasticamente migliorato la sensibilità di misura della spettroscopia 2-D. Facendo questo, è stato possibile per noi studiare molecole isolate, " spiega Bruder.

In uno studio iniziale, gli scienziati di Friburgo hanno prodotto molecole estremamente fredde dell'elemento chimico Rubidio in uno stato quantico insolito, per cui gli atomi della molecola sono solo debolmente legati, e analizzato le loro reazioni indotte dalla luce sotto l'influenza dell'ambiente dell'elio. "Il nostro approccio apre una gamma di applicazioni, in particolare nel campo del fotovoltaico o dell'optoelettronica, e alla fine contribuirà a una migliore comprensione dei processi fondamentali, "dice Stienkemeier.