La aspirina en forma de pequeños cristalitos proporciona una nueva visión de los delicados movimientos de los electrones y los núcleos atómicos. Establecido en vibración molecular por fuertes pulsos ultracortos de infrarrojo lejano (terahercios), los núcleos oscilan mucho más rápido que para la excitación débil. Regresan gradualmente a su frecuencia de oscilación intrínseca, en paralelo a la desintegración de picosegundos de los movimientos electrónicos. Un análisis de las ondas de terahercios irradiadas por las partículas en movimiento mediante una teoría en profundidad revela el carácter fuertemente acoplado de las características de la dinámica nuclear y electrónica de una gran clase de materiales moleculares.

Basado en su actividad fisiológica, la aspirina ha encontrado una amplia aplicación farmacéutica en diferentes áreas médicas. Mirando una molécula de aspirina individual desde la perspectiva de la física, se pueden distinguir dos tipos de movimientos:(i) vibraciones moleculares, es decir., movimientos oscilatorios de los núcleos atómicos en un amplio rango de frecuencia, entre ellos, p.ej., la rotación obstaculizada del grupo metilo (Película 1) a una frecuencia de 6 terahercios (THz) (1 THz =1, 000, 000, 000, 000 ciclos de oscilación por segundo) y (ii) movimientos oscilatorios de electrones en la molécula alrededor de 1000 THz (Película 2), como inducido, p.ej., por luz ultravioleta. Si bien los diferentes movimientos solo están débilmente acoplados en una sola molécula de aspirina, desarrollan una interacción eléctrica muy fuerte en un empaque molecular denso, como en las tabletas de aspirina de la farmacia. Como resultado, el carácter de vibraciones particulares, los llamados modos suaves, cambia y su frecuencia de oscilación se reduce sustancialmente (Película 3). Este complejo esquema de acoplamiento y la dinámica molecular resultante son importantes para la forma en que la aspirina y otras moléculas responden a un estímulo externo. Hasta aquí, este problema ha quedado sin resolver.

En el número actual de Cartas de revisión física , Investigadores del Instituto Max Born en Berlín y la Universidad de Luxemburgo combinan métodos experimentales y teóricos de primer nivel para desentrañar las propiedades básicas de los modos suaves. En los experimentos, una secuencia de dos pulsos de THz bloqueados en fase interactúa con una tableta de 700 μm de espesor de aspirina policristalina. El campo eléctrico irradiado por los átomos en movimiento sirve como sonda para mapear las oscilaciones en modo suave en tiempo real. Exploraciones bidimensionales en las que se varía el tiempo de retardo entre los dos pulsos de THz, muestran una fuerte no linealidad de la respuesta de modo suave en los cristales de aspirina. Esta no linealidad está dominada por un cambio transitorio pronunciado del modo suave a frecuencias más altas (Fig. 1). La respuesta muestra un carácter no instantáneo con tiempos de desintegración de picosegundos que se originan a partir de la polarización eléctrica generada de los cristalitos. Durante la caída de la polarización, la frecuencia de modo suave vuelve gradualmente al valor que tenía antes de la excitación.

El análisis teórico muestra que las fuertes polarizaciones eléctricas en el conjunto de moléculas de aspirina dan al modo suave un carácter híbrido, combinando grados de libertad nucleares y electrónicos a través del acoplamiento dipolo-dipolo. En los cristalitos de aspirina no excitados, esta correlación entre electrones y núcleos determina la frecuencia de modo suave. Una fuerte excitación de THz induce una ruptura de las correlaciones, resultando en un cambio azul transitorio de los modos suaves y, a través de la desintegración (decoherencia) comparativamente lenta de la polarización, una respuesta no instantánea. El escenario descubierto aquí es relevante para una gran clase de materiales moleculares, en particular para aquellos con aplicaciones en ferroeléctricos.