Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Dr. Frank Stienkemeier e Dr. Lukas Bruder do Instituto de Física da Universidade de Freiburg aplicou a espectroscopia 2-D a sistemas moleculares isolados pela primeira vez, e, assim, rastrear os processos interativos em um nível molecular com mais precisão. A equipe publicou seus resultados na revista científica Nature Communications .

Os processos em níveis atômicos e moleculares geralmente ocorrem em escalas de tempo muito curtas, mais rápido do que um bilionésimo de segundo, e baseiam-se na interação de muitos fatores. Até agora, isso tornou difícil descriptografar os mecanismos microscópicos precisos, como a conversão de energia em fotovoltaica ou fotossíntese.

A espectroscopia bidimensional coerente envolve pulsos de laser ultracurtos disparados contra um material. Esse método tem permitido aos pesquisadores acompanhar a dinâmica de tais processos. A espectroscopia bidimensional fornece uma quantidade muito maior de informações do que outros métodos, combinado com uma alta resolução de tempo na faixa de femtossegundos, a milionésima parte de um bilionésimo de segundo. Contudo, por razões técnicas, este método havia se restringido anteriormente ao estudo de material líquido ou sólido a granel. "Em experimentos anteriores, as amostras eram muito complexas, o que tornava extremamente difícil isolar os efeitos individuais da mecânica quântica e estudá-los com precisão. Nossa abordagem supera esse obstáculo, "explica Bruder, quem chefiou o experimento.

Em preparação para o experimento, os cientistas produziram gotículas de hélio superfluido, que não tem atrito, em um vácuo ultra-alto. As gotículas têm apenas alguns nanômetros de tamanho e servem como substrato no qual os pesquisadores sintetizam as estruturas moleculares reais usando um princípio modular - em outras palavras, combinando componentes moleculares um por um. Essas estruturas são então estudadas por meio de espectroscopia 2-D. "Nos experimentos, combinamos várias tecnologias específicas que melhoraram drasticamente a sensibilidade de medição da espectroscopia 2-D. Fazendo isso, foi possível estudarmos moléculas isoladas, "explica Bruder.

Em um estudo inicial, os cientistas de Freiburg produziram moléculas extremamente frias do elemento químico Rubídio em um estado quântico incomum, em que os átomos da molécula são apenas fracamente ligados, e analisou suas reações induzidas pela luz sob a influência do ambiente de hélio. "Nossa abordagem abre uma gama de aplicações, especificamente no campo da energia fotovoltaica ou optoeletrônica, e acabará por contribuir para uma melhor compreensão dos processos fundamentais, "diz Stienkemeier.