Uma equipe de pesquisadores da Ita¡lia, Noruega e Alemanha demonstrou que as propriedades das moléculas sofremmudanças significativas ao interagir com campos eletromagnanãticos quantizados em cavidades a³pticas. Usando novas metodologias tea³ricas e simulações computacionais, a equipe revelou que a química do estado fundamental e do estado excitado das moléculas pode ser modificada por um confinamento no Espaço. Eles mostram como a transferaªncia de elanãtrons dentro do sistema pode ser controlada pela modulação da frequência do campo da cavidade. Sua metodologia recanãm-desenvolvida pode ter um impacto profundo em muitas aplicações químicas e tecnologiicas, como fotovoltaica, fotoquímica e dispositivos optoeletra´nicos. O trabalho da equipe já foi publicado na Physical Review Xe adicionalmente destacado em um ponto de vista pela revista.

A a³ptica qua¢ntica de cavidade lida com as interações de fa³tons e moléculas dentro de uma cavidade a³ptica, por exemplo, encerrada entre dois espelhos pra³ximos. Cavidades a³ticas perfeitas são podem suportar certas frequências de luz e aumentam a intensidade do campo eletromagnético associado. Isso causamudanças profundas no comportamento das moléculas que são colocadas em uma cavidade a³ptica. Nessa situação, os fa³tons e as moléculas podem se acoplar e formar novos estados ha­bridos conhecidos como polaritons. a‰ importante ressaltar que esses estados ha­bridos exibem propriedades tanto das moléculas quanto dos fa³tons. Isso significa que seu comportamento qua­mico pode ser manipulado opticamente, por exemplo, ajustando a energia do fa³tone a geometria da cavidade. Portanto, as cavidades representam uma alavanca inteiramente nova para controlar as propriedades moleculares.

No entanto, as propriedades das moléculas nas cavidades precisam ser melhor compreendidas. Embora a modelagem tea³rica em a³ptica qua¢ntica oferea§a uma descrição elaborada do campo eletromagnético na cavidade, eles fornecem uma descrição insuficiente da molanãcula. Atéagora, o aºnico manãtodo que trata elanãtrons e fa³tons no mesmonívelde quantização éa teoria funcional da densidade eletrodina¢mica qua¢ntica, que élimitada a situações em que elanãtrons e fa³tons não estãocorrelacionados.

No entanto, a correlação entre elanãtrons e fa³tons écrucial para captarmudanças nas propriedades moleculares, mesmo qualitativamente. "Esses efeitos de correlação eram nosso foco", disse Tor Haugland, Ph.D. estudante da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia e principal autor do artigo. "A nossa éa primeira teoria ab initio que incorpora uma forte correlação elanãtron- fa³ton explicitamente de uma forma coerente e sistematicamente improva¡vel."

Os pesquisadores ampliaram a teoria de agrupamento acoplado bem estabelecida para a estrutura eletra´nica para incluir a eletrodina¢mica qua¢ntica. Usando esta nova estrutura, eles mostraram que assuperfÍcies de energia potencial do estado fundamental são modificadas pela cavidade perto de interações ca´nicas.

"Essa abordagem abre caminho para novas estratanãgias de controle da química molecular", diz o co-autor Enrico Ronca, ex-pesquisador de pa³s-doutorado no MPSD, agora baseado no Instituto de Processos Fa­sico-Qua­micos do Conselho Nacional de Pesquisa da Ita¡lia (IPCF-CNR ) "Precisamos de manãtodos teóricos sãolidos para entender os processos fundamentais que podem nos ajudar a manipular a¡tomos e moléculas com luz qua¢ntica."

As descobertas da equipe podem aumentar significativamente a compreensão atual das vias de relaxamento e fotoquímica das molanãculas.