Cuando una molécula emite un parpadeo de luz, no espera que vuelva nunca. Sin embargo, los investigadores ahora han logrado colocar moléculas individuales en una cavidad óptica tan pequeña que emitía fotones, o partículas de luz, volver a la molécula antes de que se hayan ido correctamente. La energía oscila entre la luz y la molécula, resultando en una mezcla completa de los dos.

Los intentos anteriores de mezclar moléculas con luz han sido complejos de producir y solo se pueden lograr a temperaturas muy bajas. pero los investigadores, dirigido por la Universidad de Cambridge, han desarrollado un método para producir estas moléculas de "media luz" a temperatura ambiente.

Estas inusuales interacciones de moléculas con la luz proporcionan nuevas formas de manipular las propiedades físicas y químicas de la materia. y podría usarse para procesar información cuántica, ayudar en la comprensión de los procesos complejos que operan en la fotosíntesis, o incluso manipular los enlaces químicos entre átomos. Los resultados se informan en la revista. Naturaleza .

Para usar moléculas individuales de esta manera, los investigadores tuvieron que construir de manera confiable cavidades de solo un nanómetro de ancho para atrapar la luz. Usaron el pequeño espacio entre una nanopartícula de oro y un espejo, y colocó una molécula de tinte de color en su interior.

"Es como una sala de espejos para una molécula, solo espaciados cien mil veces más delgado que un cabello humano, ", dijo el profesor Jeremy Baumberg del Centro NanoPhotonics en el Laboratorio Cavendish de Cambridge, quien dirigió la investigación.

Para lograr la mezcla molécula-luz, las moléculas de tinte necesitaban colocarse correctamente en el pequeño espacio. "A nuestras moléculas les gusta tumbarse sobre el oro, y fue muy difícil persuadirlos para que se pusieran erguidos, "dijo Rohit Chikkaraddy, autor principal del estudio.

Para solucionar esto, el equipo se unió a un equipo de químicos en Cambridge dirigido por el profesor Oren Scherman para encapsular los tintes en jaulas moleculares huecas en forma de barril llamadas cucurbiturils, que son capaces de mantener las moléculas de tinte en la posición vertical deseada.

Cuando se ensamblan juntos correctamente, el espectro de dispersión de la molécula se divide en dos estados cuánticos separados que es la firma de esta "mezcla". Este espaciado de color corresponde a los fotones que tardan menos de una billonésima de segundo en volver a la molécula.

Un avance clave fue demostrar que era posible una fuerte mezcla de luz y materia para moléculas individuales incluso con una gran absorción de luz en el metal y a temperatura ambiente. "Encontrar firmas de una sola molécula tomó meses de recopilación de datos, "dijo Chikkaraddy.

Los investigadores también pudieron observar pasos en el espaciado de color de los estados correspondientes a si uno, dos, o tres moléculas estaban en el hueco.