Un team internazionale di ricercatori di Scuola Normale Superiore, Istituto per i Processi Chimico-Fisici del CNR (IPCF-CNR), Università della Scienza e Tecnologia Norvegese (NTNU) a Trondheim in Norvegia, ha sviluppato la prima teoria orbitalica capace di investigare la reattività chimica di molecole inserite all’interno della cavità ottica, ovvero nello spazio confinato tra due specchi altamente riflettenti. In particolare la nuova teoria è in grado di predire i cambiamenti che l’interazione con campi elettromagnetici quantizzati produce sulle molecole. Il lavoro è stato pubblicato quest’oggi da Nature Communications.
L’approccio più semplice usato comunemente dai chimici teorici per ottenere informazioni riguardo la reattività chimica è basato sull’analisi degli orbitali molecolari. Questo strumento permette di interpretare intuitivamente i comportamenti chimici attraverso una rappresentazione grafica degli elettroni nello spazio. Fino ad ora però una teoria orbitalica per predire il comportamento di molecole in cavità ottica non era stata ancora presentata, nonostante lo studio dell’interazione forte luce-materia stia diventando estremamente d’interesse per la comunità scientifica.
Usando una metodologia innovativa il team ha dimostrato che la reattività chimica delle molecole in cavità ottiche può essere modificata attraverso un semplice confinamento spaziale. Inoltre il nuovo metodo si è dimostrato capace di descrivere in maniera accurata una parte significativa dell’interazione elettrone-fotone. Il lavoro di Rosario R. Riso, dottorando presso l’Università della Scienza e Tecnologia Norvegese (NTNU), e collaboratori, rappresenta quindi il punto di partenza per la formulazione di teorie perturbative ab initio per sistemi di elettroni e fotoni fortemente interagenti.
«La nuova metodologia – riferisce Henrik Koch, professore ordinario alla Scuola Normale Superiore (SNS) e a NTNU e autore di riferimento del lavoro in dettaglio – sarà di fondamentale importanza per descrivere, in maniera semplice, i processi di ionizzazione in cavità ottiche e avrà un profondo impatto per la formulazione di tecniche innovative per il controllo chimica in cavità».
«Con questo nuovo metodo – aggiunge il dott. Rosario Riso – sarà in futuro possibile modificare la reattività chimica delle molecole, pilotandola in qualche modo a “domanda”, per cercare di creare interazioni diverse da quello che vi sono in natura. Si tratta in sostanza di ingegnerizzare, grazie all’interazione con la luce, le reazioni chimiche utilizzate ogni giorno sia a livello universitario che industriale, per esempio nella produzione di farmaci o vernici o polimeri, rendendole più efficienti e potenzialmente meno impattanti sull’ambiente».
