I trasferimenti di carica fotoindotti sono un'interessante proprietà elettronica del blu di Prussia e di alcuni composti analogamente strutturati. Un team di ricercatori è ora in grado di chiarire i processi ultraveloci nel trasferimento di carica indotto dalla luce tra ferro e manganese in un analogo del blu di Prussia contenente manganese. Come riportato sulla rivista Angewandte Chemie , diversi processi indotti dalla luce possono guidare il trasferimento di carica.

Il blu di Prussia è un pigmento inorganico di colore blu intenso che viene utilizzato nei dipinti, tintura, e medicina, tra gli altri. Il reticolo cristallino di questo K[Fe ^II Fe ^{II io} (CN) ₆ ] contiene atomi di ferro alternati bivalenti e trivalenti. Il colore intenso deriva da un trasferimento di carica:quando irradiato dalla luce, gli elettroni vengono trasferiti dal Fe ^II al Fe ^{II io} . Anche se oggi questo pigmento non viene utilizzato per tingere i tessuti, le sue speciali proprietà elettroniche rendono il blu di Prussia un candidato interessante per altre applicazioni, compresi i vetri delle finestre con traslucenza autoregolante, componenti optoelettronici, assorbimento di gas, e catalisi. Potrebbe anche servire come materiale per elettrodi in nuovi dispositivi di accumulo di energia.

Negli anni, sono stati prodotti composti altrettanto interessanti che contengono altri metalli ma hanno strutture analoghe, come RbMnFe, che è un analogo del blu di Prussia in cui il manganese sostituisce alcuni degli ioni di ferro. A basse temperature, il reticolo è costituito da manganese trivalente e ioni ferro bivalenti. Il manganese è circondato in uno schema ottaedrico dagli atomi di azoto dei leganti di cianuro, mentre il ferro è circondato da un ottaedro costituito da atomi di carbonio di cianuro. Sotto la luce, il trasferimento di carica avviene in modo simile al blu di Prussia:Mn ^{II io} Fe ^II → Mn ^II Fe ^{II io} . Il processo è locale e ultraveloce.

Studiare un processo così veloce è una sfida. Un team guidato da Hiroko Tokoro (Università di Tsukuba, Giappone), Shin-ichi Ohkoshi (Università di Tokyo, Giappone), ed Eric Collet (Università di Rennes 1, Francia) ha risposto a questa sfida utilizzando una tecnica di spettroscopia ottica ultraveloce chiamata spettroscopia a sonda di pompa, che ha una risoluzione di 80 femtosecondi (80 quadrilionesimi di secondo). In questo metodo, gli elettroni nel composto vengono spostati verso uno stato energetico più elevato attraverso l'eccitazione con un impulso laser. Dopo un breve periodo di tempo, il sistema viene irradiato con un secondo impulso laser a diversa lunghezza d'onda e viene misurato l'assorbimento. La combinazione dei risultati di questi esperimenti con i calcoli delle strutture delle bande elettroniche ha mostrato che esistono due diversi percorsi di fotocommutazione per il trasferimento di carica. Hanno dinamiche diverse che risultano da tipi molto diversi di eccitazione elettronica iniziale.

La via primaria (Mn ^{II io} (d-d)-pathway) inizia quando la luce eccita un elettrone in un orbitale d su un Mn ^{II io} dentro un altro, orbitale d di energia leggermente superiore sullo stesso Mn ^{II io} . Questo porta ad un allentamento e allungamento del legame tra il Mn ^{II io} e alcuni degli atomi di azoto vicini. Ciò provoca la compressione dell'ottaedro attorno al manganese (distorsione di Jahn-Teller inversa), che porta alla distorsione locale del reticolo e vibrazioni coerenti. Questa è la forza trainante per il trasferimento di un elettrone (trasferimento di carica) dal ferro al manganese (Mn ^{II io} Fe ^II → Mn ^II Fe ^{II io} ). La scala temporale per questo processo è inferiore a 200 femtosecondi.

Inoltre, gioca un ruolo anche un altro percorso di trasferimento dell'intervallo. In questo processo, un elettrone del ferro viene eccitato dalla luce e sollevato direttamente in un orbitale sul manganese. La riorganizzazione più lenta non provoca alcuna vibrazione reticolare coerente.