09.04.2015 -
Il trasferimento di carica elettrica da un atomo a un altro è un
processo che sta alla base della maggior parte delle reazioni
chimiche e dei processi biologici, come la respirazione cellulare,
la fotosintesi o il danno ossidativo al DNA. La comprensione delle
leggi fondamentali che lo governano è quindi cruciale e la comunità
scientifica internazionale è da decenni alla ricerca di un metodo
d'osservazione efficace.
Un passo decisivo in tal senso viene da un gruppo di ricercatori
italiani dell'Elettra Sincrotrone Trieste in AREA Science Park che,
sull'ultimo numero di Nature, dimostrano come sia possibile
sviluppare un metodo per creare un'eccitazione e monitorarne
l'evoluzione, utilizzando impulsi di luce prodotti da una sorgente
laser a elettroni liberi.
"Il nostro lavoro - spiega Claudio Masciovecchio, responsabile
del team di ricerca - si è basato su un processo utilizzato dai
fisici sperimentali e fondato sull'interazione fra luce e materia.
In questo processo, una coppia di impulsi di luce di lunghezze
d'onda adatte, viene fatta interagire con un materiale e produce
un'eccitazione. Questa eccitazione si può trasferire spazialmente e
il suo trasferimento può essere infine segnalato da un terzo
impulso".
I ricercatori di Elettra hanno applicato questo metodo
utilizzando per la prima volta come impulsi raggi X soffici
prodotti da una sorgente laser a elettroni liberi e hanno
dimostrato l'efficacia del processo nell'analizzare il
trasferimento di una vibrazione.
"Il successo dell'esperimento - aggiunge Filippo Bencivenga,
ricercatore che ha condotto lo studio - dimostra che il metodo
funziona bene anche con impulsi di luce di lunghezze d'onda corte
come i raggi X e, dato che queste sono le uniche adatte allo studio
delle dinamiche elettriche, il prossimo passo sarà quello di
estendere il metodo allo studio del trasferimento di carica. Si
tratta di una prospettiva fondamentale anche dal punto di vista
applicativo, poiché capire i meccanismi del trasporto dell'energia
e del trasferimento di carica è la chiave non solo per la
comprensione di moltissimi processi biologici, ma anche per la
progettazione mirata di tecnologie in ambiti come il fotovoltaico o
la diagnostica medica".
Per condurre l'esperimento, i ricercatori hanno utilizzato il
laser a elettroni liberi FERMI, nel centro di ricerca Elettra
Sincrotrone Trieste in AREA Science Park. FERMI produce flash di
luce di lunghezze d'onda comprese fra l'ultra violetto e i raggi X
soffici, ultrabrillanti e ultrabrevi, e con una potenza che arriva
a toccare il miliardo di watt. Rispetto agli altri laser a
elettroni liberi (quattro in tutto il mondo attualmente in
funzione), è stata progettata per produrre impulsi di luce
altamente controllabili e riproducibili, dotati esattamente delle
caratteristiche volute: una sonda di eccezionale versatilità nelle
mani dei ricercatori.
Pubblicazione: Nature
doi:10.1038/nature14341
Four-wave mixing experiments with extreme ultraviolet transient
gratings F. Bencivenga, R. Cucini, F. Capotondi, A. Battistoni, R.
Mincigrucci, E. Giangrisostomi, A. Gessini, M. Manfredda, I. P.
Nikolov, E. Pedersoli, E. Principi, C. Svetina, P. Parisse, F.
Casolari,M. B. Danailov,M. Kiskinova & C. Masciovecchio