I ricercatori osservano i processi chimici atomo per atomo
Uno studio suggerisce un nuovo modo per monitorare in tempo reale le dinamiche elettroniche e vibrazionali
Annunci
I ricercatori hanno osservato come una molecola ridistribuisca l’energia dopo aver assorbito la luce, distinguendo i ruoli dei singoli atomi in tale processo. Hanno utilizzato i flash di raggi X dell’European XFEL per dimostrare che atomi diversi della stessa molecola possono rivelare aspetti del tutto diversi del processo. Lo studio fornisce prove evidenti del fatto che l’eccitazione indotta dalla luce possa aumentare la sensibilità di un atomo al movimento degli atomi vicini. Il nuovo metodo per seguire in tempo reale e su scala atomica le reazioni chimiche ultraveloci può aiutare a comprendere la fotostabilità del DNA, il flusso di energia nei materiali che catturano la luce e altri processi fondamentali guidati dalla luce.
Il team ha studiato la 3-fluoropiridina, una piccola molecola a forma di anello. Quando la molecola assorbe luce, come un breve impulso proveniente da un laser a ultravioletti, viene promossa a uno stato elettronicamente eccitato e si deforma rapidamente, perdendo la sua forma planare originale. Successivamente attraversa una cosiddetta «intersezione conica»: un punto di passaggio di breve durata ma cruciale, in cui i movimenti degli elettroni e dei nuclei atomici si accoppiano fortemente. Superato questo punto, la molecola ritorna allo stato fondamentale. In quel momento, l’energia elettronica viene convertita in vibrazioni. I ricercatori hanno scoperto che questa conversione lascia impronte distintive in diversi siti atomici: l’atomo di fluoro funge da indicatore netto del rilassamento vibrazionale, mentre l’atomo di azoto, che è più direttamente coinvolto nell’eccitazione, riflette una risposta intrecciata di ridistribuzione degli elettroni e movimento strutturale. «Ora possiamo vedere che non tutti i siti atomici raccontano la stessa storia nei segnali che catturiamo dai nostri impulsi di raggi X», afferma Antonio Picón dell’Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (ICMM-CSIC), coautore dello studio. «Alcuni atomi indicano dove si sta spostando la carica, mentre altri rivelano come vibra l’intera molecola».
Per osservare questo processo, il team ha utilizzato la spettroscopia fotoelettronica a raggi X risolta nel tempo (tr-XPS) presso lo strumento Small Quantum Systems (SQS) dell’European XFEL. Un impulso laser ultravioletto ha dapprima eccitato le molecole, mentre un impulso di raggi X morbidi, ritardato con precisione, le ha poi ionizzate rimuovendo elettroni fortemente legati dagli atomi di azoto o di fluoro. Misurando l’energia di questi elettroni emessi a diversi ritardi temporali, gli scienziati hanno ricostruito l’evoluzione dell’ambiente chimico locale nell’arco di appena un paio di picosecondi (trilionesimi di secondo). Per interpretare i dati, il team ha sviluppato simulazioni e modelli avanzati.
Il lavoro dimostra la capacità degli impulsi di raggi X ultrabrevi e ad alta luminosità dell’European XFEL di svelare i movimenti accoppiati più rapidi nella materia. Al di là di questa particolare molecola, l’approccio può essere applicato in generale per analizzare come la luce inneschi cambiamenti strutturali, con il potenziale di indagare sistemi sempre più complessi – dalle molecole organiche funzionali ai mattoni biomolecolari e ai materiali energetici. «Questo è ciò per cui è stato costruito l’European XFEL: osservare il cambiamento chimico proprio dove ha inizio, in specifici siti atomici e sulla sua scala temporale naturale», afferma Daniel Rivas, ex ricercatore strumentale, ora ricercatore ospite presso SQS e coautore dello studio. «Combinando la sensibilità multisito con la risoluzione al femtosecondo, stiamo aprendo una nuova finestra sui meccanismi microscopici che regolano la fotochimica».
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
Le notizie più lette
Altre notizie dagli altri portali
Vedere i mondi tematici per i contenuti correlati
Mondo Tematico della Spettroscopia
L'analisi attraverso la spettroscopia ci offre prospettive uniche sulla composizione e sulla struttura dei materiali. Dalla spettroscopia UV-Vis alla spettroscopia infrarossa e Raman, fino alla spettroscopia di fluorescenza e di assorbimento atomico - la spettroscopia ci fornisce un'ampia gamma di tecniche analitiche per caratterizzare le sostanze con precisione. Immergiti nell'affascinante mondo della spettroscopia!
Mondo Tematico della Spettroscopia
L'analisi attraverso la spettroscopia ci offre prospettive uniche sulla composizione e sulla struttura dei materiali. Dalla spettroscopia UV-Vis alla spettroscopia infrarossa e Raman, fino alla spettroscopia di fluorescenza e di assorbimento atomico - la spettroscopia ci fornisce un'ampia gamma di tecniche analitiche per caratterizzare le sostanze con precisione. Immergiti nell'affascinante mondo della spettroscopia!
