Trasferimento di carica elettrica tra atomi

09/04/2015 - I Nostri Campus
Pubblicato su Nature un esperimento eseguito in Elettra Sincrotrone Trieste

Il trasferimento di carica elettrica da un atomo a un altro è un processo che sta alla base della maggior parte delle reazioni chimiche e dei processi biologici, come la respirazione cellulare, la fotosintesi o il danno ossidativo al DNA. La comprensione delle leggi fondamentali che lo governano è quindi cruciale e la comunità scientifica internazionale è da decenni alla ricerca di un metodo d’osservazione efficace.

Un passo decisivo in tal senso viene da un gruppo di ricercatori italiani dell’Elettra Sincrotrone Trieste in AREA Science Park che, sull’ultimo numero di Nature, dimostrano come sia possibile sviluppare un metodo per creare un’eccitazione e monitorarne l’evoluzione, utilizzando impulsi di luce prodotti da una sorgente laser a elettroni liberi.

“Il nostro lavoro – spiega Claudio Masciovecchio, responsabile del team di ricerca – si è basato su un processo utilizzato dai fisici sperimentali e fondato sull’interazione fra luce e materia. In questo processo, una coppia di impulsi di luce di lunghezze d’onda adatte, viene fatta interagire con un materiale e produce un’eccitazione. Questa eccitazione si può trasferire spazialmente e il suo trasferimento può essere infine segnalato da un terzo impulso”.

I ricercatori di Elettra hanno applicato questo metodo utilizzando per la prima volta come impulsi raggi X soffici prodotti da una sorgente laser a elettroni liberi e hanno dimostrato l’efficacia del processo nell’analizzare il trasferimento di una vibrazione.

“Il successo dell’esperimento – aggiunge Filippo Bencivenga, ricercatore che ha condotto lo studio – dimostra che il metodo funziona bene anche con impulsi di luce di lunghezze d’onda corte come i raggi X e, dato che queste sono le uniche adatte allo studio delle dinamiche elettriche, il prossimo passo sarà quello di estendere il metodo allo studio del trasferimento di carica. Si tratta di una prospettiva fondamentale anche dal punto di vista applicativo, poiché capire i meccanismi del trasporto dell’energia e del trasferimento di carica è la chiave non solo per la comprensione di moltissimi processi biologici, ma anche per la progettazione mirata di tecnologie in ambiti come il fotovoltaico o la diagnostica medica”.

Per condurre l’esperimento, i ricercatori hanno utilizzato il laser a elettroni liberi FERMI, nel centro di ricerca Elettra Sincrotrone Trieste in AREA Science Park. FERMI produce flash di luce di lunghezze d’onda comprese fra l’ultra violetto e i raggi X soffici, ultrabrillanti e ultrabrevi, e con una potenza che arriva a toccare il miliardo di watt. Rispetto agli altri laser a elettroni liberi (quattro in tutto il mondo attualmente in funzione), è stata progettata per produrre impulsi di luce altamente controllabili e riproducibili, dotati esattamente delle caratteristiche volute: una sonda di eccezionale versatilità nelle mani dei ricercatori.

Pubblicazione: Nature doi:10.1038/nature14341
Four-wave mixing experiments with extreme ultraviolet transient gratings F. Bencivenga, R. Cucini, F. Capotondi, A. Battistoni, R. Mincigrucci, E. Giangrisostomi, A. Gessini, M. Manfredda, I. P. Nikolov, E. Pedersoli, E. Principi, C. Svetina, P. Parisse, F. Casolari,M. B. Danailov,M. Kiskinova & C. Masciovecchio