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Il moto degli elettroni osservato in un aminoacido

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Un team di ricerca del Politecnico di Milano è riuscito per la prima volta a osservare il moto ultraveloce degli elettroni in una molecola biologica, per la precisione un amino acido, la fenilalanina, di dimensioni nanometriche. La scoperta è stata possibile grazie all’impiego di impulsi di luce estremamente brevi.

Il moto elettronico è stato catturato tramite flash di luce della durata di alcuni attosecondi, unità di misura pari a un miliardesimo di miliardesimo di secondo, che hanno consentito di seguire i primissimi istanti del processo più veloce mai osservato in una struttura biologica. Nel filmato ottenuto dal team si vede come gli elettroni si muovano all’interno della struttura su scale temporali che precedono qualunque movimento dei nuclei degli atomi che costituiscono la molecola.

Comprendere come gli elettroni si possano muovere su scala nanometrica è importante per la comprensione di vari processi biologici, dato che le primissime fasi di tutte le reazioni chimiche alla base dei meccanismi biologici sono dominate ed indirizzate dal moto ultraveloce degli elettroni. Tra le possibili applicazioni dello studio, ad esempio, gli autori citano la comprensione dal punto di vista atomico dell’azione delle radiazioni ionizzanti utilizzate in radioterapia per danneggiare il Dna delle cellule tumorali o l’elettronica molecolare.

E non solo: descrivere come la luce interagisce con gli elettroni sulla scala temporale degli atto/femtosecondi può aprire nuove strade sul piano tecnologico, come ad esempio lo sviluppo di celle solari più efficienti, in cui avviene la conversione della luce in un moto ordinato di elettroni, o di microprocessori ultraveloci basati su strutture molecolari in cui la commutazione di transistor è pilotata da segnali luminosi anziché da segnali elettrici come avviene nel caso degli attuali dispositivi elettronici.

Pubblicata sul magazine Science, la ricerca è stata realizzata in collaborazione con scienziati dell’ Universidad Autónoma di Madrid, della Queen’s University di Belfast, dell’Università di Trieste e dell’Institute of Photonics and Nanotechnologies Ifn-Cnr di Milano e Padova. La tecnologia ad attosecondi utilizzata per ottenere l’osservazione del moto degli elettroni è stata sviluppata negli ultimi anni dal gruppo di ricerca del Dipartimento di fisica del Politecnico di Milano diretto da Mauro Nisoli; le simulazioni numeriche adottate sono basate su metodi di calcolo complessi messi a punto dai ricercatori di Madrid e Trieste.

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