Cnr/ L’Istituto di fotonica e nanotecnologie fotografa per la prima volta molecole complesse

L’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Ifn-Cnr) e il dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano sono riusciti per la prima volta a visualizzare direttamente l’orbitale molecolare di molecole complesse, cioè ad acquisire un’immagine di come gli elettroni si dispongono nello spazio, creando la struttura che determina la natura della molecola e il modo in cui essa interagisce con l’ambiente circostante. Il risultato è stato ottenuto grazie a una tecnica innovativa chiamata Molecular Orbital Tomography (tomografia dell’orbitale molecolare), che si basa sull’impiego di impulsi laser estremamente intensi e di durata assai breve, dell’ordine dei milionesimi di miliardesimi di secondo. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Physics.

“Fino ad oggi nessuno degli studi sul comportamento di molecole complesse è mai riuscito ad ottenere una ‘fotografia’ dell’orbitale molecolare, di cui si erano ricavate informazioni solo in modo indiretto”, spiega Caterina Vozzi dell’Ifn-Cnr, primo autore dello studio. “La nuova tecnica risulta di fondamentale importanza. Le sue applicazioni più rilevanti sono nel campo della biologia: in particolare, la visualizzazione diretta di ciò che accade nelle reazioni foto-chimiche in cui, a seguito dell'assorbimento di luce, le molecole modificano la propria conformazione, ad esempio nel meccanismo di auto protezione del Dna dai raggi ultravioletti. Nel campo della biochimica, invece, essa permetterà di comprendere meglio, tra gli altri, i cicli metabolici, nei quali le molecole con identica formula chimica ma con disposizione degli atomi speculare hanno ruoli completamente diversi.

Infine, la tecnica darà la possibilità di indirizzare reazioni chimiche complesse verso la formazione di determinati prodotti, migliorandone la resa. “La tomografia dell’orbitale molecolare funziona mediante un primo impulso laser ultrabreve (ai femtosecondi – 1 femtosecondo = 10-15 secondi)”, dichiara Salvatore Stagira del Politecnico di Milano, autore senior. “Le molecole sono forzate a ruotare su se stesse in modo da ottenere le differenti ‘immagini’ necessarie per la ricostruzione dell’orbitale molecolare. Un secondo impulso induce poi le molecole a emettere luce ultravioletta. Infine, cambiando il ritardo tra i due impulsi, si ottengono le immagini delle molecole orientate a vari angoli, dall’insieme delle quali è possibile ricostruire la struttura completa dell’orbitale”.