Un team di ricercatori di Friburgo guidato dal Prof. Dr. Frank Stienkemeier e dal Dr. Lukas Bruder è riuscito a sviluppare un nuovo metodo di misurazione per studiare i processi ultraveloci nella materia. Si tratta di processi a livello atomico e molecolare che avvengono entro un miliardesimo di secondo (10-12 sec). Il nuovo metodo, che combina diverse tecniche di spettroscopia, consente, tra l'altro, nuove intuizioni sulla struttura dell'energia nella materia e sulla distribuzione di probabilità degli elettroni. I processi molecolari fondamentali possono ora essere compresi in modo più preciso, secondo i ricercatori. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista scientifica ottica e dovrebbero favorire una serie di ulteriori sviluppi nei campi scientifici correlati.

Indagare le proprietà fondamentali della materia

Il team di Friburgo lavora da diversi anni per estendere l'ultraveloce, coerente, spettroscopia multidimensionale in nuove direzioni. In poche parole, la spettroscopia comporta lo studio dell'assorbimento della luce al fine di indagare importanti proprietà della materia. Questi includono i citati processi ultraveloci, così come i fenomeni di coerenza quantistica e le interazioni tra atomi e altre particelle nanoscopiche. "Queste sono le proprietà fondamentali della materia che guidano i processi in natura a livello nanoscopico, e vogliamo comprendere meglio queste proprietà attraverso i nostri esperimenti, "Stienkemeier riferisce.

Un problema generale in coerente, spettroscopia multidimensionale è la complessità dei dati di misura, che spesso rende difficile o addirittura impossibile una chiara interpretazione dei risultati sperimentali. La situazione migliora notevolmente quando l'esperimento è combinato con l'uso di, Per esempio, uno spettrometro di massa. "Questo approccio ci fornisce informazioni aggiuntive e molto utili sulla composizione chimica della sostanza in esame, un vantaggio importante nello studio delle reazioni chimiche ultraveloci, "Spiega Bruder.

Una miriade di possibilità

Comparabile, i ricercatori di Friburgo sono ora riusciti a combinare coerenti, spettroscopia multidimensionale con spettroscopia fotoelettronica. In questa procedura, la sostanza viene ionizzata e viene misurata l'energia degli elettroni rilasciati. Questa procedura fornisce informazioni sulla struttura energetica e sulla distribuzione di probabilità spaziale degli elettroni (orbitali) nella materia. Quando la spettroscopia fotoelettronica è combinata con sorgenti luminose a raggi X, sono persino possibili misurazioni precise con selezione atomica, il che significa che la distribuzione dell'energia in una sostanza può essere studiata con altissima risoluzione fino al livello atomico.

"Il nostro approccio apre una serie di nuovi ed entusiasmanti sviluppi, " Spiega Stienkemeier. "Ciò va dall'estensione del nostro metodo per misurazioni simultanee di elettroni risolti in energia e angoli, agli esperimenti con i raggi X per ottenere informazioni specifiche sull'atomo." Come un altro vantaggio dell'approccio di Friburgo, la sensibilità del coerente, gli esperimenti di spettroscopia multidimensionale sono stati migliorati di ordini di grandezza. Questo è, è ora possibile rilevare segnali che in precedenza erano di un fattore 200 inferiori al rumore nella misurazione. "La maggiore sensibilità ci consente di studiare campioni molto puliti in un ambiente ad altissimo vuoto da cui possiamo comprendere più precisamente i processi molecolari fondamentali, " aggiunge Bruder.