Un nuovo articolo del fisico dell'Università di Notre Dame Boldizsár Jankó e colleghi offre una nuova importante comprensione di un mistero duraturo nella fisica chimica.

Più di un secolo fa, agli albori della moderna meccanica quantistica, il fisico vincitore del Premio Nobel Neils Bohr ha predetto i cosiddetti "salto quantistico". Ha predetto che questi salti sarebbero dovuti agli elettroni che effettuano transizioni tra livelli energetici discreti di singoli atomi e molecole. Sebbene controverso ai tempi di Bohr, tali salti quantici sono stati osservati sperimentalmente, e la sua previsione verificata, negli anni '80. Più recentemente, con lo sviluppo di tecniche di imaging di singole molecole nei primi anni '90, è stato possibile osservare salti simili nelle singole molecole.

Sperimentalmente, questi salti quantici si traducono in interruzioni discrete dell'emissione continua da singole molecole, rivelando un fenomeno noto come intermittenza fluorescente o "lampeggiante".

Però, mentre alcuni casi di lampeggio possono essere direttamente attribuiti ai salti quantistici originali di Bohr, esistono molti altri casi in cui l'intermittenza di fluorescenza osservata non segue le sue previsioni. Nello specifico, in sistemi diversi come le proteine ​​fluorescenti, singole molecole e complessi di raccolta della luce, singoli fluorofori organici, e, più recentemente, singole nanostrutture inorganiche, si verificano chiare deviazioni dalle previsioni di Bohr.

Come conseguenza, praticamente tutti i fluorofori conosciuti, inclusi punti quantici fluorescenti, bacchette e fili, mostrano episodi inspiegabili di ammiccamento intermittente nella loro emissione.

La saggezza prevalente nel campo della meccanica quantistica era che gli episodi di lampeggiamento on e off non erano correlati. Però, in una conferenza del 2007 sul fenomeno sponsorizzata dall'Istituto di scienze teoriche di Notre Dame, che Jankó dirige, Fernando Stefani dell'Università di Buenos Aires ha presentato una ricerca che suggerisce che c'era, infatti, correlazione tra questi eventi on e off. Nessun modello teorico disponibile a quel tempo era in grado di spiegare queste correlazioni.

In un 2008 Fisica della natura carta, Jankó e un gruppo di ricercatori che includeva il professore di chimica di Notre Dame Ken Kuno, Il professore assistente in visita di fisica Pavel Frantsuzov e il premio Nobel Rudolph Marcus hanno suggerito che gli intervalli di tempo di accensione e spegnimento dei punti quantici di nanocristalli intermittenti seguono le distribuzioni della legge di potenza universale. La scoperta ha fornito a Jankó e ad altri ricercatori del settore i primi suggerimenti per sviluppare una visione più profonda del meccanismo fisico alla base della vasta gamma di orari di accensione e spegnimento nell'intermittenza.

In un nuovo articolo apparso sulla rivista Nano lettere , Janko, Frantsuzov e lo studente laureato di Notre Dame Sándor Volkán-Kascó rivelano di aver sviluppato un modello per i fenomeni di lampeggio che conferma ciò che Stefani ha osservato sperimentalmente. Il risultato è un'importante conferma che esiste una forte correlazione tra il fenomeno on e off.

Se il processo di lampeggio può essere controllato, i punti quantici potrebbero, Per esempio, fornire meglio, imaging più stabile delle cellule tumorali; fornire ai ricercatori immagini in tempo reale di un'infezione virale, come l'HIV, all'interno di una cella; portare allo sviluppo di una nuova generazione di schermi di visualizzazione più luminosi per computer, telefoni cellulari e altre applicazioni elettroniche; e persino apparecchi di illuminazione migliorati per case e uffici.

Il Nano lettere la carta rappresenta un altro passo importante nella comprensione delle origini del fenomeno del lampeggio e nell'identificazione di modi per controllare il processo.