La natura quantistica della luce di solito non gioca un ruolo importante quando si considerano le proprietà chimiche di atomi o molecole. In un articolo pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze scienziati dell'Istituto Max Planck per la struttura e la dinamica della materia di Amburgo mostrano, però, che a determinate condizioni, i fotoni possono influenzare fortemente la chimica. Questi risultati indicano la possibilità che i processi chimici possano essere adattati dai fotoni.

Sperimentalmente, tali situazioni sono già state osservate, ma le previsioni teoriche delle proprietà chimiche di tali stati erano possibili solo in misura limitata; i comuni metodi quanto-chimici non tengono conto della natura quantistica della luce. Il gruppo di ricerca ha ora esteso alcuni di questi metodi per includere l'accoppiamento ai fotoni. Tra l'altro, il gruppo del Prof. Angel Rubio ha mostrato come un forte accoppiamento ai fotoni in una cavità ottica modifica le proprietà chimiche delle molecole, come la sua lunghezza di legame o il suo assorbimento.

"Di particolare interesse, "dice Johannes Flick, l'autore principale dell'opera, "sono i cambiamenti delle superfici Born-Oppenheimer, utilizzati per caratterizzare le reazioni chimiche. Abbiamo scoperto che un forte accoppiamento luce-materia induce nuovi percorsi di reazione." Allo stesso tempo, gli scienziati hanno studiato se le reazioni chimiche standard possono essere rese più efficienti impiegando un forte accoppiamento ai fotoni. Fare così, hanno considerato un semplice modello di trasferimento di carica tra due sistemi quantistici. Tali reazioni di trasferimento di carica sono generalmente guidate da un impulso laser. In questo lavoro, la reazione è stata assistita da alcuni fotoni nella cavità ottica, che consentiva intensità laser inferiori.

"I nostri risultati teorici non solo aiutano a comprendere meglio il comportamento di atomi e molecole fortemente accoppiati ai fotoni in una cavità ottica, "dice Johannes Flick, "ma evidenziano anche la possibilità di modificare le proprietà chimiche tramite i fotoni". Prossimo, lo scienziato vuole applicare i suoi metodi teorici a molecole più complesse. L'obiettivo è dimostrare che i risultati attuali sono generalmente validi e che si possono alterare le proprietà chimiche di tutti i tipi di molecole tramite un forte accoppiamento luce-materia.