Per gli elettroni in questi sistemi, essere uniti all'anca con queste vibrazioni significa che anch'essi sono costantemente in movimento, danzando al ritmo degli atomi, su scale temporali di un milionesimo di miliardesimo di secondo. Ma tutto questo danzare porta a una perdita di energia e limita le prestazioni delle molecole organiche in applicazioni come diodi a emissione di luce (OLED), sensori a infrarossi e biomarcatori fluorescenti utilizzati nello studio delle cellule e per identificare malattie come le cellule tumorali. /P>

Ora, i ricercatori che utilizzano tecniche spettroscopiche basate sul laser hanno scoperto “nuove regole di progettazione molecolare” in grado di fermare questa danza molecolare. I loro risultati, riportati su Nature , hanno rivelato principi di progettazione cruciali che possono fermare l'accoppiamento degli elettroni con le vibrazioni atomiche, interrompendo di fatto la loro danza frenetica e spingendo le molecole a raggiungere prestazioni senza precedenti.

"Tutte le molecole organiche, come quelle che si trovano nelle cellule viventi o all'interno dello schermo del telefono, sono costituite da atomi di carbonio collegati tra loro tramite un legame chimico", ha affermato Cavendish Ph.D. lo studente Pratyush Ghosh, primo autore dello studio e membro del St John's College.

"Quei legami chimici sono come minuscole molle vibranti, che generalmente vengono percepite dagli elettroni, compromettendo le prestazioni di molecole e dispositivi. Tuttavia, ora abbiamo scoperto che alcune molecole possono evitare questi effetti dannosi quando limitiamo la struttura geometrica ed elettronica della molecola ad alcune configurazioni speciali."

Per dimostrare questi principi di progettazione, gli scienziati hanno progettato una serie di molecole efficienti che emettono nel vicino infrarosso (680–800 nm). In queste molecole, le perdite di energia derivanti dalle vibrazioni (essenzialmente, gli elettroni che danzano al ritmo degli atomi) erano più di 100 volte inferiori rispetto alle precedenti molecole organiche.

Questa comprensione e sviluppo di nuove regole per progettare molecole che emettono luce ha aperto una traiettoria estremamente interessante per il futuro, dove queste osservazioni fondamentali potranno essere applicate alle industrie.

"Queste molecole hanno anche una vasta gamma di applicazioni oggi. Il compito ora è tradurre la nostra scoperta per realizzare tecnologie migliori, da display migliorati a molecole migliorate per l'imaging biomedico e il rilevamento delle malattie", ha concluso il professor Akshay Rao del Cavendish Laboratory, che ha condotto questa ricerca.