Ricercatori del Cnr al lavoro sulla prima teoria orbitalica


La prima teoria orbitalica per molecole fortemente interagenti con campi elettromagnetici quantizzati: i risultati di una ricerca del Cnr

teoria orbitalica molecole

L’ottica quantistica si occupa dello studio delle interazioni tra i fotoni e le molecole all’interno di cavità ottiche, cioè nello spazio confinato tra due specchi altamente riflettenti. Cavità ottiche ideali possono ospitare solo certe frequenze della spettro luminoso. Inoltre, l’intensità del campo elettromagnetico associato è amplificata dal confinamento spaziale. Questo effetto induce profondi cambiamenti sulla reattività chimica di molecole inserite all’interno della cavità ottica.

In queste condizioni stati ibridi luce-materia chiamati polaritoni vengono formati e permettono una manipolazione ottica degli eventi reattivi. Questi fenomeni sono già stati osservati negli esperimenti eseguiti dal gruppo del Prof. Thomas Ebbesen all’Università di Strasburgo.  Tuttavia, la fisica di base di questi effetti non è ancora stata compresa nella sua completezza.

L’approccio più semplice usato comunemente dai chimici teorici per ottenere informazioni riguardo la reattività chimica è basato sull’analisi degli orbitali molecolari. Questo strumento permette di interpretare intuitivamente I comportamenti chimici attraverso una rappresentazione grafica degli elettroni nello spazio.

L’interpretazione fornita dalla teoria orbitalica si confronta facilmente con i meccanismi di reazione utilizzati comunemente in chimica organica. Nonostante lo studio dell’interazione forte luce-materia stia diventando estremamente d’interesse per la comunità scientifica, fino ad ora una teoria orbitalica per molecole in cavità ottica non era stata ancora presentata.

Il lavoro di Rosario R. Riso, dottorando presso l’Università della Scienza e Tecnologia Norvegese (NTNU), e collaboratori, rappresenta la prima teoria orbitalica capace di descrivere consistemente gli effetti del campo elettromagnetico quantizzato sulle molecole. Questo approccio è capace di fornire un’interpretazione intuitiva alla reattività chimica catturando allo stesso tempo una parte significativa dell’interazione elettrone-fotone. Inoltre, questo approccio rappresenterà il punto di partenza per la formulazione di teorie perturbative ab initio per sistemi di elettroni e fotoni fortemente interagenti. “La nuova metodologia sarà anche di fondamentale importanza per descrivere, in maniera semplice, i processi di ionizzazione in cavità ottiche” riferisce Henrik Koch, professore ordinario alla Scuola Normale Superiore (SNS) e a NTNU e autore di riferimento del lavoro in dettaglio.

Il team è composto da ricercatori provenienti da diverse istituzioni Europee: per l’Italia la Scuola Normale Superiore (SNS) e l’Istituto per i processi chimico-fisici (Ipcf) del Cnr -entrambi con sede a Pisa- e l’Università della Scienza e Tecnologia Norvegese (NTNU) a Trondheim in Norvegia.

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