Uno schema del nucleo esamerico di Rhodobacter sphaerodes, caratterizzato dalla "coppia speciale" (P) di molecole di batterioclorofilla degenerata (BChl), e le braccia attive (a) e inattive (b) di BChl e molecole di batteriofeofitina (BPh). Vengono mostrati gli spettri di assorbimento transitorio (ΔA) acquisiti in seguito all'eccitazione selettiva di P.
Il processo naturale per immagazzinare l'energia solare avviene in complessi proteici che assorbono la luce chiamati centri di reazione fotosintetica (RC). Attraverso miliardi di anni di evoluzione, La natura ha mantenuto un comune nucleo di cofattore esamerica che assorbe la luce per eseguire la primissima reazione chimica della fotosintesi, il trasferimento di elettroni indotto dalla luce attraverso circa 3 nm. Questo processo ha analogie dirette con la separazione di carica guidata dalla luce nei dispositivi fotovoltaici.
Un team di utenti del Notre Dame Radiation Laboratory e della divisione di scienze chimiche e ingegneria di Argonne che lavorano con il gruppo Nanophotonics del Center for Nanoscale Materials (CNM) hanno condotto esperimenti che gettano nuova luce su come avviene questo processo. Utilizzando la spettroscopia ultraveloce selettiva di polarizzazione su cristalli singoli RC, il team è stato in grado di risolvere la fotochimica specifica del cofattore e identificare il carattere delocalizzato su scala nanometrica dei primi stati eccitati generati dalla luce.
Questo lavoro è significativo perché le caratteristiche spettrali sovrapposte dei cofattori hanno finora precluso una chiara risoluzione della risposta spettrale e temporale dei singoli cofattori all'assorbimento dei fotoni, e limitato la nostra comprensione della complessa funzione fotochimica nelle RC. Utilizzando gli spettrometri ad assorbimento transitorio ultraveloci del CNM, i singoli cofattori nei RC sono stati monitorati attraverso un attento orientamento delle polarizzazioni della pompa e degli impulsi della sonda rispetto agli assi cristallografici dei singoli cristalli.
L'impatto di questo lavoro è che fornisce una più chiara, quadro più dettagliato dei primi passi nella conversione dell'energia fotosintetica, identifica un ruolo per gli stati eccitati delocalizzati, e fornisce nuovi approcci sperimentali e di analisi dei dati per studiare l'insolita efficienza dei processi di raccolta della luce e separazione di carica nei fotosistemi naturali.
