Markus Koch, chefe do grupo de pesquisa Femtosecond Dynamics no Instituto de Física Experimental da TU Graz, e sua equipe desenvolve novos métodos para espectroscopia a laser de femtossegundo resolvido no tempo para investigar processos ultrarrápidos em sistemas moleculares. Em 2018, o grupo demonstrou pela primeira vez que processos fotoinduzidos podem ser observados dentro de uma nanogotícula de hélio, uma gota de hélio superfluido do tamanho de um nanômetro que serve como um solvente quântico. Para suas investigações, os pesquisadores colocaram um único átomo de índio dentro da gota e analisaram a reação do sistema com o princípio da bomba-sonda. O átomo foi excitado com um pulso de laser ultracurto, desencadeando o rearranjo do ambiente de hélio em femtossegundos (10 ^-15 segundos). Um segundo pulso de laser retardado investigou esse desenvolvimento e forneceu informações sobre o comportamento do sistema.

Próxima etapa bem-sucedida

Usando a mesma técnica, Koch e seus colegas Miriam Meyer, Bernhard Thaler e Pascal Heim, visualizou o movimento de um único, moléculas isoladas dentro de uma gota de hélio pela primeira vez. Os pesquisadores formaram uma molécula de dímero de índio dentro de uma gota de hélio, carregando-a sucessivamente com dois átomos de índio. Eles então acionaram uma vibração na molécula por fotoexcitação e observaram o movimento dos núcleos em tempo real com a mesma técnica de bomba-sonda.

Os pesquisadores consideram dois aspectos do experimento como particularmente importantes:primeiro, demonstra que tais experimentos são capazes de observar processos intramoleculares ultrarrápidos - ou seja, processos que ocorrem dentro de uma molécula excitada.

O hélio tem pouca influência nas moléculas incorporadas

Segundo, o grupo descobriu que a influência do hélio superfluido nas vibrações moleculares é significativamente mais fraca do que com solventes convencionais, tais como água ou metanol. Os processos intramoleculares são geralmente influenciados por interações com o ambiente e em solventes convencionais essa interação é tão forte que os processos intramoleculares não podem ser observados, como Bernhard Thaler explica:"O fluido quântico hélio, que tem uma temperatura de apenas 0,4 K (nota:272,75 graus Celsius negativos), é verdadeiramente especial, como a perturbação na molécula embutida é muito baixa. Adicionalmente, moléculas frágeis, que muitas vezes se separam em outras técnicas, estão estabilizados devido ao mecanismo de resfriamento e agora podem ser investigados. "

Markus Koch quer estender o método para moléculas complexas

"Vemos um grande potencial nas nanogotículas de hélio porque oferecem oportunidades maravilhosas para a criação de sistemas moleculares, "disse Koch, explicando por que ele e sua equipe desenvolveram este método para estudos de femtossegundos. Na próxima etapa, o grupo Femtosecond Dynamics visa sistemas mais complexos. "A estrutura das moléculas de índio, que usamos como sistema modelo, é muito simples, mas no futuro queremos olhar para moléculas tecnologicamente relevantes, que são mais complexos. Eu considero essa abordagem promissora para a engenharia molecular, onde os materiais futuros são desenvolvidos pela manipulação do comportamento quântico de seus constituintes moleculares. "