L'aspirina sotto forma di piccoli cristalliti fornisce nuove informazioni sui delicati movimenti degli elettroni e dei nuclei atomici. Impostato in vibrazione molecolare da forti impulsi ultracorti nel lontano infrarosso (terahertz), i nuclei oscillano molto più velocemente che per eccitazione debole. Ritornano gradualmente alla loro frequenza di oscillazione intrinseca, in parallelo al decadimento al picosecondo dei moti elettronici. Un'analisi delle onde terahertz irradiate dalle particelle in movimento mediante una teoria approfondita rivela il carattere fortemente accoppiato della dinamica elettronica e nucleare caratteristica per una vasta classe di materiali molecolari.

In base alla sua attività fisiologica, l'aspirina ha trovato un'applicazione farmaceutica diffusa in diverse aree mediche. Guardando una singola molecola di aspirina dal punto di vista della fisica, si possono distinguere due tipi di moti:(i) vibrazioni molecolari, cioè., movimenti oscillatori dei nuclei atomici in un'ampia gamma di frequenze, tra loro, per esempio., la rotazione impedita del gruppo metilico (Film 1) ad una frequenza di 6 terahertz (THz) (1 THz =1, 000, 000, 000, 000 cicli di oscillazione al secondo) e (ii) movimenti oscillatori degli elettroni nella molecola intorno a 1000 THz (Filmato 2), come indotto, per esempio., dalla luce ultravioletta. Mentre i diversi movimenti sono solo debolmente accoppiati in una singola molecola di aspirina, sviluppano un'interazione elettrica molto forte in un imballaggio molecolare denso come nelle compresse di aspirina della farmacia. Di conseguenza, il carattere di particolari vibrazioni, le cosiddette modalità soft, cambia e la loro frequenza di oscillazione è sostanzialmente ridotta (Filmato 3). Questo complesso schema di accoppiamento e la risultante dinamica molecolare sono importanti per il modo in cui l'aspirina e altre molecole rispondono a uno stimolo esterno. Finora, questo problema è rimasto irrisolto.

Nel numero attuale di Lettere di revisione fisica , i ricercatori dell'Istituto Max Born di Berlino e dell'Università del Lussemburgo combinano metodi sperimentali e teorici di prim'ordine per svelare le proprietà di base dei modi soft. Negli esperimenti, una sequenza di due impulsi THz ad aggancio di fase interagisce con una compressa spessa 700 μm di aspirina policristallina. Il campo elettrico irradiato dagli atomi in movimento funge da sonda per mappare le oscillazioni in modalità soft in tempo reale. Scansioni bidimensionali in cui viene variato il ritardo temporale tra i due impulsi THz, mostrano una forte non linearità della risposta in modalità soft nei cristalli di aspirina. Questa non linearità è dominata da un pronunciato spostamento transitorio della modalità soft a frequenze più alte (Fig. 1). La risposta mostra un carattere non istantaneo con tempi di decadimento di picosecondi originati dalla polarizzazione elettrica generata dei cristalliti. Durante il decadimento della polarizzazione, la frequenza in modalità soft ritorna gradualmente al valore che aveva prima dell'eccitazione.

L'analisi teorica mostra che forti polarizzazioni elettriche nell'insieme delle molecole di aspirina conferiscono alla modalità morbida un carattere ibrido, combinando gradi di libertà nucleari ed elettronici tramite accoppiamento dipolo-dipolo. Nei cristalliti di aspirina non eccitati, questa correlazione tra elettroni e nuclei determina la frequenza del modo soft. Una forte eccitazione THz induce una rottura delle correlazioni, risultante in un transitorio blue-shift delle modalità soft e, attraverso il decadimento relativamente lento (decoerenza) della polarizzazione, una risposta non istantanea. Lo scenario qui scoperto è rilevante per un'ampia classe di materiali molecolari, in particolare per quelli con applicazioni in ferroelettrici.