Os pesquisadores da EPFL, trabalhando na fronteira entre a física cla¡ssica e qua¢ntica, desenvolveram um manãtodo para detectar rapidamente moléculas com propriedades eletra´nicas particularmente interessantes.

A tecnologia do laser estãodando aos cientistas um olhar cada vez mais pra³ximo das estruturas moleculares , e isso a s vezes leva a surpresas muito interessantes. No Laborata³rio de Fa­sico-Quí­mica Tea³rica da EPFL (LCPT), uma equipe de pesquisa que estudava a dina¢mica de moléculas poliatômicas - moléculas compostas de vários a¡tomos - se deparou com uma dessas surpresas. Eles descobriram que os elanãtrons nessas moléculas se movem de maneira bem diferente do que seria esperado em a¡tomos isolados.

Em a¡tomos isolados, as oscilações da densidade do elanãtron são regulares, mas na maioria das moléculas poliatômicas, as oscilações são amortecidas rapidamente. Esse processo éconhecido como decoeraªncia. No entanto, em algumas moléculas as oscilações duram mais tempo antes do ini­cio da decoeraªncia. Os pesquisadores da EPFL desenvolveram um manãtodo que captura o mecanismo fa­sico por trás da decoeraªncia, o que, consequentemente, permite que identifiquem moléculas com coeraªncias duradouras. Seu manãtodo pode ser interessante no desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em elanãtrons ou no estudo de efeitos qua¢nticos em biomolanãculas. As descobertas foram publicadas recentemente na Physical Review Letters .

"O movimento do elanãtron ocorre de forma extremamente rápida - em uma escala de attossegundos - então émuito difa­cil de observar", diz Nikolay Golubev, pa³s-doutorando na LCPT e principal autor do estudo. Além disso, o movimento do elanãtron estãofortemente acoplado a outros processos em uma molanãcula. a‰ por isso que a equipe de pesquisa incorporou informações adicionais em seu estudo: a dina¢mica mais lenta dos núcleos ata´micos e sua influaªncia na dos elanãtrons. Foi descoberto que na maioria das estruturas moleculares o rearranjo nuclear lento amortece as oscilações inicialmente coerentes dos elanãtrons e os faz desaparecer em alguns femtossegundos.

Para determinar se esse fena´meno estãorealmente ocorrendo, os pesquisadores desenvolveram uma técnica tea³rica para uma descrição precisa e eficiente da dina¢mica dos elanãtrons e núcleos depois que as moléculas são ionizadas por pulsos de laser ultracurtos. Eles usaram o que éconsiderado uma abordagem semicla¡ssica na medida em que combina caracteri­sticas qua¢nticas, como a existaªncia simulta¢nea de vários estados, e caracteri­sticas cla¡ssicas, ou seja, trajeta³rias cla¡ssicas que orientam as funções de onda moleculares. Este manãtodo permite que os cientistas detectem o processo de decoeraªncia com muito mais rapidez, tornando mais fa¡cil analisar muitas moléculas e, portanto, localizar aquelas que poderiam ter coeraªncias duradouras.

"Resolver a equação de Schra¶dinger para a evolução qua¢ntica da função de onda de uma molanãcula poliatômica éexatamente impossí­vel, mesmo com os maiores supercomputadores do mundo", disse Jiri Vanicek, chefe do LCPT. "A abordagem semicla¡ssica torna possí­vel substituir o problema qua¢ntico intrata¡vel por um problema ainda difa­cil, mas soluciona¡vel, e fornece uma interpretação simples em que a molanãcula pode ser vista como uma bola rolando em uma paisagem de alta dimensão."

Para ilustrar o manãtodo, os pesquisadores aplicaram-no a dois compostos: a¡cido propia³lico, cujas moléculas apresentam coeraªncia duradoura, e propiolamida (derivado do a¡cido propia³lico), em que a decoeraªncia érápida. A equipe espera poder testar seu manãtodo em centenas de outros compostos também.

Sua descoberta marca um passo importante em direção a uma compreensão mais profunda das estruturas e dina¢micas moleculares, e éuma ferramenta útil para observar a coeraªncia eletra´nica de longa duração nas molanãculas. Com o apoio de uma melhor compreensão do processo de decoeraªncia , os cientistas podera£o um dia ser capazes de observar exatamente como as moléculas agem no tecido biola³gico, por exemplo, ou criar novos tipos de circuitos eletra´nicos.