Uma equipe de pesquisa da NTNU está estudando um tópico chamado cavidades ópticas e como a luz presa nelas interage com átomos, moléculas e outras partículas. A tecnologia pode ser valiosa para o desenvolvimento de processos químicos energeticamente eficientes ou síntese de drogas, por exemplo.
O trabalho do professor Henrik Koch e Ph.D. os candidatos Rosario R. Riso, Tor S. Haugland e Marcus T. Lexander mostraram resultados surpreendentes e estão ganhando atenção.

"Observamos um método eficaz para descrever moléculas em cavidades ópticas", diz o professor Koch, que trabalha no Departamento de Química da NTNU na Faculdade de Ciências Naturais e na Scuola Normale Superiore di Pisa (SNS) na Itália.

Seus resultados foram publicados recentemente na Physical Review X e Comunicação da Natureza .

Cavidades ópticas?

Mas o que são exatamente as cavidades ópticas? Em primeiro lugar, lembre-se de que, nessa escala, o mundo parece um pouco diferente do que a maioria de nós está acostumada.

Na mecânica quântica, partículas e ondas são indistinguíveis porque têm o que é chamado de dualidade onda-partícula, ou função de onda.

Tampouco podemos distinguir entre partículas e luz em cavidades ópticas, que possuem uma dualidade molécula-luz. Esse acoplamento cria novas cores e propriedades nas moléculas que podem ser utilizadas em processos químicos e físicos.

Espelhos refletores

As cavidades ópticas podem ser criadas usando dois espelhos que estão extremamente próximos, normalmente a nanômetros de distância um do outro. Entender as moléculas requer olhar para o ambiente em que elas estão.

Todos os átomos e moléculas, como o oxigênio na aurora boreal, emitem luz porque interagem com a luz fraca que está sempre presente no vácuo, ou espaço "vazio". A qualidade especial neste caso é que a luz em uma cavidade óptica vazia não é a mesma que a luz no vácuo externo. Colocar uma molécula dentro da cavidade mudará tanto a cor quanto a intensidade da luz que emana da molécula.

"Em uma cavidade óptica feita de espelhos refletores, as moléculas podem interagir fortemente com o vácuo da mecânica quântica", diz Koch.

A equipe de pesquisa trabalha exclusivamente com simulações, por isso é importante colaborar com um grupo experimental que possa testar se as teorias da equipe estão corretas.

Para tanto, a equipe de pesquisa está trabalhando com o professor John de Mello e Ph.D. candidato Enkui Lian da NTNU Nano para fabricar protótipos para uso em pesquisa.

Uma teoria comum

A teoria dos orbitais moleculares é uma importante ferramenta teórica em química e é amplamente utilizada em química inorgânica e orgânica para entender as reações químicas.

"Encontramos a primeira teoria orbital molecular consistente para a eletrodinâmica quântica - isto é, uma teoria orbital molecular para moléculas em cavidades ópticas", diz Koch.

Usando essa teoria, os cientistas podem prever como as moléculas reagirão dentro das cavidades ópticas, bem como quais tipos de cores e propriedades as moléculas terão. + Explorar mais

Modelagem teórica precisa revela mudanças nas moléculas que interagem com a luz quântica