Quando una molecola emette un lampo di luce, non si aspetta che torni mai. Tuttavia i ricercatori sono ora riusciti a posizionare singole molecole in una cavità ottica così piccola che emetteva fotoni, o particelle di luce, tornare alla molecola prima che se ne siano andati correttamente. L'energia oscilla avanti e indietro tra luce e molecola, con conseguente miscelazione completa dei due.

I precedenti tentativi di mescolare le molecole con la luce sono stati complessi da produrre e realizzabili solo a temperature molto basse, ma i ricercatori guidato dall'Università di Cambridge, hanno sviluppato un metodo per produrre queste molecole 'penombra' a temperatura ambiente.

Queste insolite interazioni delle molecole con la luce forniscono nuovi modi per manipolare le proprietà fisiche e chimiche della materia, e potrebbe essere utilizzato per elaborare informazioni quantistiche, aiuto nella comprensione dei processi complessi in atto nella fotosintesi, o addirittura manipolare i legami chimici tra gli atomi. I risultati sono riportati sulla rivista Natura .

Per utilizzare le singole molecole in questo modo, i ricercatori hanno dovuto costruire in modo affidabile cavità di un solo nanometro per intrappolare la luce. Hanno usato il minuscolo spazio tra una nanoparticella d'oro e uno specchio, e ha inserito una molecola di colorante colorato all'interno.

"È come una sala degli specchi per una molecola, distanziati solo centomila volte più sottili di un capello umano, " ha affermato il professor Jeremy Baumberg del NanoPhotonics Center presso il Cavendish Laboratory di Cambridge, che ha condotto la ricerca.

Per ottenere la miscelazione molecola-luce, le molecole di colorante dovevano essere posizionate correttamente nel minuscolo spazio. "Alle nostre molecole piace sdraiarsi sull'oro, ed è stato davvero difficile convincerli a stare dritti, " ha detto Rohit Chikkaraddy, autore principale dello studio.

Per risolvere questo, il team si è unito a un team di chimici a Cambridge guidati dal professor Oren Scherman per incapsulare i coloranti in gabbie molecolari cave a forma di botte chiamate cucurbiturili, che sono in grado di trattenere le molecole di colorante nella posizione verticale desiderata.

Quando assemblati insieme correttamente, lo spettro di dispersione della molecola si divide in due stati quantistici separati che sono la firma di questo "mescolamento". Questa spaziatura nel colore corrisponde ai fotoni che impiegano meno di un trilionesimo di secondo per tornare alla molecola.

Un progresso chiave è stato dimostrare che una forte miscelazione di luce e materia era possibile per le singole molecole anche con un grande assorbimento di luce nel metallo ea temperatura ambiente. "Trovare firme di singole molecole ha richiesto mesi di raccolta dati, " disse Chikkaraddy.

I ricercatori sono stati anche in grado di osservare i passaggi nella spaziatura dei colori degli stati corrispondenti al fatto che uno, Due, o tre molecole erano nello spazio vuoto.