I ricercatori della Northwestern University hanno creato un nuovo metodo per estrarre la struttura statica e dinamica di sistemi chimici complessi. In tale contesto, "struttura" non significa solo la disposizione 3D degli atomi che compongono una molecola, ma piuttosto gradi di libertà quantomeccanici dipendenti dal tempo che dettano l'ottica, proprietà chimiche e fisiche del sistema.

Considera come vediamo il mondo:tre dimensioni nello spazio e una dimensione nel tempo, cioè., spazio tempo. Rimuovi una di queste dimensioni e la vista diventa incompleta e molto più confusa. Per la stessa ragione, questo nuovo metodo utilizza quattro dimensioni spettrali per risolvere la struttura e rivelare le caratteristiche nascoste della struttura molecolare.

In questa settimana Il Giornale di Fisica Chimica , assistente professore Elad Harel e professore Irving M. Klotz, dal Dipartimento di Chimica della Northwestern University, riportano un nuovo metodo spettroscopico coerente 4-D che correla direttamente all'interno e tra gradi di libertà elettronici e vibrazionali di sistemi molecolari complessi.

Il lavoro di Harel prevede una descrizione teorica di un recente metodo sperimentale sviluppato nel suo laboratorio, chiamata spettroscopia Raman elettronica multidimensionale assistita da gradiente, o "GIOCATORI". È un metodo spettroscopico coerente multidimensionale in cui le dimensioni sono i gradi di libertà elettronici e vibrazionali del sistema.

"Utilizzando molteplici impulsi di luce, GAMERS sonda come questi diversi gradi di libertà sono correlati tra loro, creando una sorta di mappa spettrale unica per ogni molecola, "Harel ha detto." t dimostra che gli effetti sottili che dettano la sostanza chimica, fisico, e proprietà ottiche di un sistema, che sono normalmente nascosti in metodi di ordine inferiore o a bassa dimensionalità, possono essere estratti con il metodo GAMERS."

A differenza di altri metodi, ciò consente uno sguardo unicamente dettagliato sulla struttura energetica delle molecole in un modo che può offrire un valore predittivo.

"La forma della superficie potenziale, che è importante per determinare la cinetica e la termodinamica di una reazione chimica, può essere misurato direttamente, " Ha detto Harel. "Il livello di dettaglio molecolare offerto dall'uso di più impulsi di luce per interrogare il sistema è stato sorprendente".

Una potenziale applicazione di GAMERS potrebbe essere quella di individuare il meccanismo fisico del trasferimento di energia durante le prime fasi della fotosintesi, una questione che rimane controversa tra i ricercatori, secondo Harel.

Proprio adesso, l'applicazione principale di questo lavoro "è consentire approfondimenti sui meccanismi fisici alla base di una serie di fenomeni quantistici in un'ampia varietà di sistemi chimici, " ha detto Harel. "Questi includono processi di fissione singoletto, generazione e trasporto di portatori di carica in perovskiti ibride, e trasferimento di energia nei complessi pigmento-proteina. Comprendere questi processi ha importanti implicazioni per lo sviluppo di celle solari di prossima generazione".

Il metodo GAMERS è ancora in una fase iniziale di sviluppo, secondo Harel, ma il team nutre grandi speranze per la sua futura applicazione.

"Riteniamo che i progressi tecnici potrebbero rendere tale analisi molto più diffusa all'interno della comunità della fisica chimica, " disse Harel.