Utilizzando impulsi laser a forma di cavatappi, gli scienziati di DESY hanno ideato una sofisticata centrifuga ottica in grado di far ruotare rapidamente le molecole attorno a un asse molecolare desiderato. Il metodo innovativo apre nuovi modi per controllare e studiare molecole a rotazione super veloce, chiamati superrotori. Fino ad ora, le centrifughe ottiche possono far ruotare le molecole attorno a un solo asse specifico. Il nuovo schema consente agli scienziati di scegliere tra due assi. Alec Owens, Andrey Yachmenev e Jochen Küpper del Controlled Molecule Imaging (CMI) Group presso il Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) riportano il loro concetto teorico nel Journal of Physical Chemistry Letters .

centrifughe ottiche, costruito da impulsi laser rotanti, può far girare le molecole più velocemente di dieci trilioni di volte al secondo. Questi superrotori molecolari hanno rivelato comportamenti inaspettati e sono quantità interessanti per studi di scattering, spettroscopia, e dinamica. I superrotori possono apportare energia significativa nelle collisioni e, allo stesso tempo, si comportano come minuscoli giroscopi più resistenti alle collisioni e al riorientamento.

"Il controllo del movimento rotatorio ultraveloce delle molecole ha visto enormi progressi negli ultimi anni grazie allo sviluppo di tecniche innovative nella fisica dei laser a campo forte, "dice Owens, che è anche affiliato con l'Hamburg Center for Ultrafast Imaging CUI. Le centrifughe ottiche esistenti intrappolano sempre le molecole lungo l'asse in cui le cariche elettriche della molecola possono essere agitate più facilmente per formare un cosiddetto dipolo. L'asse della molecola segue quindi il campo laser rotante e inizia a ruotare sempre più velocemente.

Il team CMI ha ora sviluppato un metodo che utilizza un laser cavatappi che viene ripetutamente acceso e spento. Questa centrifuga ottica modificata consente di selezionare l'asse attorno al quale ruota la molecola. Utilizzando l'esempio dell'idrogeno solforato (H2S), lo studio dimostra come è possibile controllare la rotazione di molecole asimmetriche, scegliendo tra due distinti assi molecolari. L'accensione e lo spegnimento del laser cavatappi può essere ottenuto aggiungendo un inviluppo di impulso modificante che si sovrappone al campo laser. In questo modo le molecole possono essere eccitate lungo diverse vie di stati rotazionali, che alla fine porta alla rotazione attorno a uno dei due diversi assi.

"Un tale schema per controllare l'allineamento del momento angolare di una molecola sarà utile negli studi di dispersione molecola-molecola o molecola-superficie, dove è possibile modificare il risultato e studiare la stereodinamica di un evento di dispersione controllando l'asse di rotazione, " spiega Yachmenev. Altrettanto vantaggiosa è la grande quantità di energia associata ai superrotori, che può essere controllato modificando la durata dell'impulso ottico della centrifuga.