L'incontro tra una molecola e un fotone
Le lenti di ingrandimento sono in grado di dare fuoco alla carta grazie alla loro capacità di concentrare i raggi del sole. Per guidare la luce e trasmettere informazioni su lunghe distanze vengono utilizzati cavi a fibre ottiche. Gli straordinari progressi compiuti sul piano delle strumentazioni e delle tecniche sperimentali hanno aperto nuove prospettive sul mondo quantistico che registrano importanti ripercussioni non solo sullo studio delle interazioni luce-materia ma anche su tutto ciò che ci circonda. Di recente, è stato scoperto che l'interazione tra la luce e le nanoparticelle di metallo causa oscillazioni collettive di elettroni note con il nome di risonanze plasmoniche di superficie localizzate. I ricercatori hanno lanciato il progetto 1MOLECULENEARPLASMON (“Single-molecule spectroscopy in the near field of plasmonic metal nanoparticles”), finanziato dall'UE, nel tentativo di gettare le basi della manipolazione di singoli fotoni con single molecole. I lavori sono stati incentrati sull'attuazione di tecniche di spettroscopia di singola molecola con nanomateriali speciali (materiali plasmonici) in grado di sfruttare le onde elettromagnetiche prodotte mediante l'accoppiamento con la luce incidente. Gli scienziati hanno ideato e creato la configurazione necessaria ai fini dell'osservazione delle modifiche che si verificano nell'ambito dell'accoppiamento di un'antenna plasmonica con singole molecole all'interno di un solido a temperature criogeniche. Sebbene presentino molteplici difficoltà tecniche, gli esperimenti condotti a temperature criogeniche consentiranno di superare i limiti principali attraverso l'esecuzione di test simili a temperatura ambiente. A questi livelli di temperatura, l'instabilità delle molecole rende le misurazioni relative all'accoppiamento ben più complesse e meno accurate. Mentre le temperature criogeniche rendono possibile l'interazione con numerose molecole e, di conseguenza, consentono di confrontare l'effetto antenna in varie posizioni, la temperatura ambiente garantisce esclusivamente l'interazione di ciascuna antenna con una sola molecola. Infine, le basse temperature annullano il fenomeno di fotosbiancamento causato dal movimento molecolare, preservando, in tal modo, l'intensità delle proprietà ottiche. Nell'ambito dell'iniziativa 1MOLECULENEARPLASMON, che avuto una durata di soli due anni, è stata ideata la configurazione sperimentale avanzata necessaria per la spettroscopia di singola molecola a temperature criogeniche, è stato selezionato il sistema ospite/ospitante ed è stata realizzata una nanoantenna dalle enormi potenzialità. Sono stati inoltre condotti esperimenti spettroscopici preliminari. Le ricerche continue in tale settore garantiranno risultati pionieristici nel campo della plasmonica e delle antenne ottiche tesi al potenziamento del livello di efficienza delle interazioni luce-materia.
