Manipolando il moto degli elettroni

22/02/2016 - Piattaforme Tecnologiche
Un’equipe internazionale ha usato la luce prodotta dal laser FERMI per controllare il movimento ultraveloce degli elettroni

I processi chimici, fisici e biologici sono intrinsecamente dinamici perché sono legati alla struttura elettronica e atomica dei materiali che evolve in maniera rapidissima. Comprenderli è una vera e propria sfida contro il tempo.

I primi fondamentali risultati in questo campo sono stati ottenuti da Ahmed Zewail, Nobel per la chimica nel 1999: utilizzando impulsi laser di pochi femtosecondi (milionesimi di miliardesimo di secondo) – la stessa scala di tempi in cui gli atomi formano e rompono i legami – Zewail è riuscito a seguire i “movimenti” degli atomi durante una reazione chimica.

La natura, però, può essere ancora più veloce. “Alla base dei legami – spiega Kevin Prince, fisico a Elettra Sincrotrone Trieste e primo autore della pubblicazione – ci sono gli elettroni, che danno luogo a processi mille volte più rapidi, nel regime degli attosecondi (miliardesimi di miliardesimo di secondo). Come gran parte della comunità scientifica, anche noi eravamo da anni impegnati nello sviluppo di un metodo d’analisi innovativo con una risoluzione ad attosecondi che ci permettesse di studiarli e controllarli. Con questo lavoro, che sfrutta le eccezionali proprietà della luce laser di FERMI, possiamo finalmente dire di aver raggiunto il nostro traguardo”.

Il risultato è stato ottenuto da una squadra internazionale di scienziati provenienti da diversi centri di ricerca situati in Italia (Elettra Sincrotrone Trieste, il Politecnico di Milano, gli istituti IFN, IOM e ISM del CNR, e l’ENEA), Giappone (Università di Tohoku), Russia (Università Statale di Mosca “Lomonosov”), USA (Università Drake) e Germania (Politecnico di Berlino, Università di Friburgo, European XFEL, Istituto Max-Planck per Fisica Nucleare, Heidelberg).

Il gruppo di ricerca ha usato un fascio di luce prodotto da FERMI e composto da due lunghezze d’onda (cioè due colori diversi) ed è riuscito a controllare la direzione di emissione degli elettroni da un atomo di gas Neon sollecitato dalla radiazione. L’esperimento ha mostrato una risoluzione temporale di soli tre attosecondi, aprendo le porte allo studio di processi ultraveloci.

“Questo risultato apre nuove prospettive per la ricerca sui processi ultraveloci e per la fisica degli attosecondi non soltanto in Italia, ma anche a livello internazionale” commenta Giuseppe Sansone, che con il suo gruppo di ricerca del Politecnico di Milano ha contribuito alla progettazione e realizzazione dell’esperimento. “Il prossimo passo – aggiunge – sarà quello di applicare la tecnica che abbiamo dimostrato allo studio dei processi più complessi, come catalisi e chimica dell’atmosfera”.

 

 La ricerca è pubblicata sulla rivista internazionale Nature Photonics (online, il 22 febbraio 2016, DOI: 10.1038/NPHOTON.2016.13). Per maggiori informazioni: www.elettra.eu, seguire il link “Top stories”. Anche: http://www.medea-horizon2020.eu/)