O processo da natureza para armazenar energia solar ocorre em complexos de proteínas que absorvem luz, chamados centros de reação fotossintética (RCs). Ao longo de bilhões de anos de evolução, A natureza manteve um núcleo de cofator hexamérico comum de absorção de luz para realizar a primeira reação química da fotossíntese, a transferência de elétrons induzida pela luz em aproximadamente 3 nm. Este processo tem analogias diretas com a separação de carga acionada pela luz em dispositivos fotovoltaicos.

Uma equipe de usuários do Laboratório de Radiação de Notre Dame e da Divisão de Ciências Químicas e Engenharia da Argonne, trabalhando com o Grupo de Nanofotônicos do Centro de Materiais em Nanoescala (CNM), realizou experimentos que lançaram uma nova luz sobre como esse processo ocorre. Usando espectroscopia ultrarrápida seletiva de polarização em cristais únicos RC, a equipe foi capaz de resolver a fotoquímica específica do cofator e identificar o caráter deslocalizado em escala nanométrica dos primeiros estados excitados gerados pela luz.

Este trabalho é significativo porque a sobreposição de características espectrais dos cofatores tem, até agora, impedido a resolução clara da resposta espectral e temporal dos cofatores individuais à absorção de fótons, e limitou nossa compreensão da função fotoquímica complexa em RCs. Usando os espectrômetros de absorção transiente ultrarrápidos do CNM, cofatores individuais em RCs foram monitorados por meio de orientação cuidadosa das polarizações da bomba e dos pulsos da sonda em relação aos eixos cristalográficos dos cristais individuais.

O impacto deste trabalho é que ele fornece uma visão mais clara, imagem mais detalhada das primeiras etapas na conversão de energia fotossintética, identifica uma função para estados excitados deslocalizados, e fornece novas abordagens experimentais e de análise de dados para estudar a eficiência incomum de coleta de luz e processos de separação de carga em fotossistemas naturais.