La caffeina tiene svegli i fisici di notte. In particolare quelli interessati alla capacità degli elettroni di assorbire energia. In un nuovo studio pubblicato su EPJ SI , un team di fisici franco-giapponesi ha usato la molecola della caffeina come un parco giochi per testare l'effetto delle radiazioni ionizzanti sui suoi elettroni mentre si avvicinano agli stati eccitati. Il loro modello tiene conto del fenomeno di ionizzazione negli elettroni, che si trovano in un sito specifico, orbita localizzata nella molecola della caffeina. L'eccitazione degli elettroni lascia la porta aperta alla progressione di carica positiva lungo una spina dorsale molecolare. Thomas Niehaus dell'Università Claude Bernard Lyon 1, Francia, e colleghi hanno ora sviluppato un metodo per quantificare questa migrazione di carica positiva in linea con l'impulso laser ultracorto. Il movimento di carica osservato avviene su una scala temporale di attosecondi riarrangiamenti di carica guidati dal movimento nucleare.

In questo studio, gli autori si basano sulla teoria del funzionale della densità dipendente dal tempo, che viene tipicamente utilizzato come strumento di caratterizzazione basato su computer per determinare l'ampiezza della lunghezza d'onda in cui una molecola assorbe la radiazione. Viene anche utilizzato per studiare il trasferimento di carica elettrica nei materiali fotovoltaici e di conversione dell'energia. Infine, può essere utilizzato per l'osservazione in tempo reale della dinamica dei vettori elettrici nei solidi.

Dall'avvento delle sorgenti laser ultracorte, che operano nell'intervallo degli attosecondi, questa teoria può ora essere messa alla prova sperimentalmente. Questo perché la scala temporale in cui avviene l'assorbimento di energia da parte degli elettroni ora persiste abbastanza a lungo da essere osservata negli esperimenti. Le reazioni chimiche che si verificano in punti specifici nella molecola della caffeina sono difficili da realizzare con impulsi laser più lunghi perché il calore distrugge rapidamente tutte le informazioni specifiche del sito impresse dall'impulso laser.

Gli autori scoprono che le dinamiche osservate per le cariche positive lungo la spina dorsale della molecola della caffeina dipendono dalla tempistica dell'impulso laser. Inoltre, la dinamica della migrazione delle cariche positive è governata dal fatto che sono interrelate e dalla complessa interazione tra più canali di ionizzazione.