Markus Koch, jefe del grupo de investigación Femtosecond Dynamics en el Instituto de Física Experimental de TU Graz, y su equipo desarrollan nuevos métodos para la espectroscopia láser de femtosegundos de resolución temporal para investigar procesos ultrarrápidos en sistemas moleculares. En 2018, el grupo demostró por primera vez que se pueden observar procesos fotoinducidos dentro de una nanogota de helio, una gota de helio superfluido del tamaño de un nanómetro que sirve como disolvente cuántico. Por sus investigaciones, los investigadores colocaron un solo átomo de indio dentro de la gota y analizaron la reacción del sistema con el principio de bomba-sonda. El átomo se excitó con un pulso láser ultracorto, desencadenando la reordenación del entorno de helio en femtosegundos (10 ^-15 segundos). Un segundo pulso láser retardado en el tiempo sondeó este desarrollo y proporcionó información sobre el comportamiento del sistema.

Siguiente paso exitoso

Usando la misma técnica, Koch y sus colegas Miriam Meyer, Bernhard Thaler y Pascal Heim, visualizó el movimiento de single, moléculas aisladas dentro de una gota de helio por primera vez. Los investigadores formaron una molécula de dímero de indio dentro de una gota de helio cargándola sucesivamente con dos átomos de indio. Luego desencadenaron una vibración en la molécula por fotoexcitación y observaron el movimiento de los núcleos en tiempo real con la misma técnica de bomba-sonda.

Los investigadores consideran dos aspectos del experimento como particularmente importantes:Primero, demuestra que tales experimentos son capaces de observar procesos intramoleculares ultrarrápidos, es decir. procesos que ocurren dentro de una molécula excitada.

El helio tiene poca influencia en las moléculas incrustadas

Segundo, el grupo descubrió que la influencia del helio superfluido en las vibraciones moleculares es significativamente más débil que con los disolventes convencionales, como agua o metanol. Los procesos intramoleculares suelen estar influenciados por interacciones con el medio ambiente y en los disolventes convencionales esta interacción es tan fuerte que los procesos intramoleculares no pueden observarse. como explica Bernhard Thaler:"El helio del fluido cuántico, que tiene una temperatura de solo 0,4 K (nota:menos 272,75 grados Celsius), es realmente especial, ya que la perturbación en la molécula incrustada es muy baja. Adicionalmente, moléculas frágiles, que a menudo se rompen en otras técnicas, se estabilizan debido al mecanismo de enfriamiento y ahora se pueden investigar ".

Markus Koch quiere extender el método a moléculas complejas

"Vemos un gran potencial en las nanogotas de helio porque ofrecen maravillosas oportunidades para crear sistemas moleculares, "dijo Koch, explicando por qué él y su equipo desarrollan este método para estudios de femtosegundos. En el siguiente paso, el grupo Femtosecond Dynamics apunta a sistemas más complejos. "La estructura de las moléculas de indio, que usamos como sistema modelo, es muy simple, pero en el futuro queremos ver moléculas tecnológicamente relevantes, que son más complejas. Considero esto como un enfoque prometedor para la ingeniería molecular, donde los materiales del futuro se desarrollan manipulando el comportamiento cuántico de sus constituyentes moleculares ".