Usando pulsos de laser em forma de saca-rolhas, os cientistas do DESY desenvolveram uma centrífuga óptica sofisticada que pode fazer as moléculas girarem rapidamente em torno de um eixo molecular desejado. O método inovador abre novas maneiras de controlar e estudar moléculas giratórias super rápidas, chamados superrotores. Até agora, centrífugas ópticas podem fazer as moléculas girarem em torno de um eixo específico apenas. O novo esquema permite que os cientistas selecionem entre dois eixos. Alec Owens, Andrey Yachmenev e Jochen Küpper do Grupo de Imagem de Molécula Controlada (CMI) do Centro de Ciência do Laser de Elétrons Livres (CFEL) relatam seu conceito teórico no Journal of Physical Chemistry Letters .

Centrífugas ópticas, construído a partir de pulsos rotativos de laser, pode fazer as moléculas girarem mais rápido do que dez trilhões de vezes por segundo. Esses superrotores moleculares revelaram comportamentos inesperados e são quantidades interessantes para estudos de espalhamento, espectroscopia, e dinâmica. Superrotores podem trazer energia significativa em colisões e, ao mesmo tempo, comportam-se como minúsculos giroscópios mais resistentes a colisões e reorientação.

"O controle do movimento rotacional ultrarrápido das moléculas tem visto um tremendo progresso nos últimos anos, graças ao desenvolvimento de técnicas inovadoras na física do laser de campo forte, "diz Owens, que também é afiliado ao Hamburg Center for Ultrafast Imaging CUI. As centrífugas ópticas existentes sempre prendem as moléculas ao longo do eixo onde as cargas elétricas da molécula podem ser mais facilmente sacudidas para formar o chamado dipolo. O eixo da molécula segue então o campo giratório do laser e começa a girar cada vez mais rápido.

A equipe CMI agora desenvolveu um método que usa um laser de saca-rolhas que é ligado e desligado repetidamente. Esta centrífuga óptica modificada permite que o eixo em torno do qual a molécula gira seja selecionado. Usando o exemplo de sulfeto de hidrogênio (H2S), o estudo demonstra como a rotação de moléculas assimétricas pode ser controlada, escolhendo entre dois eixos moleculares distintos. Ligar e desligar o laser saca-rolhas pode ser obtido adicionando um envelope de pulso modificador que é sobreposto ao campo do laser. Desta forma, as moléculas podem ser excitadas ao longo de diferentes vias de estados rotacionais, em última análise, levando à rotação de um dos dois eixos diferentes.

"Tal esquema para controlar o alinhamento do momento angular de uma molécula será útil em estudos de dispersão molécula-molécula ou molécula-superfície, onde você pode alterar o resultado e estudar a estereodinâmica de um evento de espalhamento controlando o eixo de rotação, "explica Yachmenev. Igualmente benéfico é a grande quantidade de energia associada aos superrotores, que pode ser controlado alterando a duração do pulso óptico da centrífuga.