Trong những năm gần đây, việc điều khiển hóa học bằng cách sử dụng các trạng thái lai của vật chất nhẹ gọi là phân cực đã tạo ra nhiều nghiên cứu vì nó kết hợp tốc độ và hiệu quả của ánh sáng với khả năng phản ứng và tương tác mạnh của vật chất.
Các phân cực rung động được hình thành khi một chuyển động dao động cụ thể của phân tử và photon tạo ra một “lò xo” cho phép chúng trao đổi năng lượng nhanh chóng. Đây được gọi là khớp nối rung động mạnh (VSC).
>> Tham khảo: Các tương tác vật chất ánh sáng trên quy mô dưới nanomet đã được mở khóa, dẫn đến ‘picophotonics’.
Mặc dù đã có nhiều nỗ lực để tìm ra lời giải thích hợp lý cho hóa học biến đổi VSC và liệu các phân cực dao động có thể thay đổi động lực học phân tử hay không, sự đồng thuận giữa lý thuyết và thực nghiệm vẫn còn thiếu.
Câu hỏi mà các Giáo sư Hóa học Wei Xiong và Joel Yuen Zhou của Đại học California San Diego tìm cách trả lời là liệu chế độ phân cực và chế độ tối (sản phẩm phụ phân tử của quá trình tạo ra phân cực) có làm thay đổi các phản ứng hóa học hay không.
Bài báo của họ, được xuất bản gần đây trên tạp chí Science, cho thấy một cách rõ ràng rằng các phản ứng hóa học chỉ xảy ra với các phân cực.
>> Tham khảo: Liên kết oxy hóa không có chất xúc tác của flavon trong nước kiềm cấp thực phẩm.
Các thí nghiệm trước đây đã sử dụng các hệ thống phức tạp không cho phép tách biệt giữa các phân cực và chế độ tối, gây khó khăn cho việc phân biệt điều gì đang xảy ra và không thể hiểu điều gì đã xảy ra với từng chế độ riêng lẻ.
Để khắc phục điều này, Xiong đã sử dụng quang phổ hồng ngoại 2D trên một phản ứng hóa học đơn giản dễ phân tích hơn. Điều này cho phép phòng thí nghiệm của anh ấy kích thích riêng biệt và tuân theo động lực học của các chế độ phân cực và chế độ tối.
Xiong cho biết: “Câu hỏi lớn trong cộng đồng là liệu các phân tử riêng lẻ bên trong khoang có thể tuân theo ý muốn của chúng hay không. “Trong thí nghiệm này, chúng tôi đã chỉ ra rằng các phân tử cứ lặp đi lặp lại cùng một việc, cho đến khi một ‘nhà lãnh đạo’ phân cực mang chúng lại với nhau.”
>> Tham khảo: Muối quan trọng hơn nhiệt độ vùng cực lạnh trong quá trình hình thành băng biển.
Xiong giải thích rằng bài báo này đặt nền tảng cho việc tiếp tục nghiên cứu kiểm soát các phản ứng hóa học. Ông nói: “Nếu một phân tử thực hiện lặp đi lặp lại cùng một phản ứng, thì chúng tôi không kiểm soát nó; chúng tôi chỉ đang quan sát nó”.
“Polariton là một cách mới để kiểm soát các phản ứng. Chúng ta cần xem xét các cách làm cho các phân tử hoạt động cùng nhau, được đồng bộ hóa dưới một photon dẫn đầu, để khuếch đại sức mạnh tập thể của chúng.”
Yuen Zhou nói: “Về mặt lý thuyết, điều đó thật thú vị bởi vì chúng tôi không xem xét từng phân tử một; chúng tôi đang xem xét chúng như một hệ thống nhiều cơ thể”.
>> Tham khảo: Các nhà khoa học phát triển phương pháp xanh hơn, hiệu quả hơn để sản xuất kháng sinh thế hệ tiếp theo.
“Đây là ý tưởng về hóa học tập thể và hiểu điều gì sẽ xảy ra khi tất cả các phân tử quyết định làm điều giống nhau. Đây là lần đầu tiên chúng tôi thực sự thấy sự thống nhất giữa hóa học lý thuyết và thực nghiệm. Khoảng cách giữa chúng đang được thu hẹp.”
