Panorama potenziale di un CF4 molecola, in cui un atomo di carbonio centrale (grigio) è circondato da quattro atomi di fluoro (verde) posizionati ai vertici di un tetraedro. Le tre proiezioni sono tagli del potenziale molecolare, con le regioni blu e rossa che indicano rispettivamente punti di energia potenziale positiva e negativa. Credito:AG Sansone
In che modo i ricercatori possono utilizzare il meccanismo della fotoionizzazione per ottenere informazioni dettagliate sul potenziale molecolare complesso? A questa domanda ha ora risposto un team guidato dal Prof. Dr. Giuseppe Sansone dell'Istituto di Fisica dell'Università di Friburgo. I ricercatori di Friburgo, il Max Planck Institute for Nuclear Physics di Heidelberg e i gruppi dell'Universidad Autonoma di Madrid/Spagna e dell'Università di Trieste/Italia hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Nature Communications .
All'origine della fotoionizzazione, chiamata anche effetto fotoelettrico, un atomo o una molecola assorbe un quanto di luce, solitamente indicato come fotone, da un campo esterno. L'energia assorbita in questo processo viene trasferita a un elettrone, che viene liberato, lasciando dietro di sé uno ione caricato singolarmente. Per diversi aspetti e per diverse applicazioni, l'effetto può essere considerato istantaneo, nel senso che non c'è un ritardo di tempo significativo tra l'assorbimento del fotone e l'istante in cui l'elettrone viene emesso. Tuttavia, diversi esperimenti condotti negli ultimi anni hanno evidenziato che ritardi minuscoli ma misurabili che si trovano nell'intervallo degli attosecondi (1 as =10 -18 s) si verificano tra questi due processi.
Generazione di impulsi ad attosecondi
"Grazie alle sorgenti laser avanzate e agli spettrometri appositamente progettati disponibili nel nostro laboratorio, siamo in grado di generare lampi di luce più brevi, della durata di poche centinaia di attosecondi", spiega Sansone. "Inoltre, possiamo ricostruire l'orientamento di molecole semplici quando assorbono un fotone da un impulso laser esterno. Abbiamo usato tali impulsi per studiare il movimento degli elettroni dopo l'assorbimento di un fotone."
Gli elettroni sperimentano percorsi con potenziali picchi e valli
I ricercatori hanno scoperto che, uscendo dalla molecola, l'elettrone sperimenta un paesaggio complesso caratterizzato da potenziali picchi e valli. Questi sono determinati dalla distribuzione spaziale degli atomi che compongono il sistema. Il percorso seguito dall'elettrone durante il suo movimento può influenzare il tempo necessario per essere liberato.
Possibile estensione a sistemi molecolari più complessi
Nell'esperimento, il team ha misurato i ritardi accumulati dagli elettroni emessi da CF4 le molecole in diverse direzioni spaziali sono state misurate utilizzando un treno di impulsi ad attosecondi combinato con un campo infrarosso ultracorto. "Combinando queste informazioni con la caratterizzazione dell'orientamento spaziale della molecola, possiamo capire come il paesaggio potenziale e, in particolare, i picchi potenziali influenzino il ritardo", afferma il fisico di Friburgo.
Il lavoro può essere esteso a sistemi molecolari più complessi ea potenziali che cambiano su scale temporali ultrabrevi. In generale, sottolinea Sansone, questo approccio potrebbe dare la possibilità di mappare paesaggi potenziali complessi dall'interno, con una risoluzione temporale senza precedenti.
