Un protone si sposta di pochi angstrom (un angstrom equivale ad un decimilionesimo di millimetro), resta lì un istante, poi torna esattamente dov'era partito. Nel frattempo, però, ha permesso a un pacchetto di energia di attraversare una barriera che normalmente lo rallenterebbe di molto.

È questo il meccanismo che un gruppo di ricerca del Dalian Institute of Chemical Physics, in Cina, ha osservato per la prima volta in dettaglio, descrivendolo su Nature Materials. Il fenomeno si chiama trasferimento di energia di tripletto assistito da protone-navetta, o "PS-TET", ed è stato individuato osservando il passaggio di energia da punti quantici di seleniuro di zinco a molecole legate alla loro superficie. Queste molecole uniscono due anelli chimici affini al benzene: uno, il fenolo, fa da punto di partenza per il protone; l'altro, la piridina, lo accoglie per un istante prima che torni indietro. Guidato dal professor Kaifeng Wu, il team ha ricostruito passo per passo cosa succede quando questi punti quantici assorbono luce: prima una lacuna elettronica migra dallo ZnSe al fenolo, mentre un protone si sposta dal fenolo alla piridina; poi un elettrone segue lo stesso percorso della lacuna, e il protone torna indietro. Il risultato netto è un trasferimento di energia di spin di tripletto molto più veloce ed efficiente rispetto a un composto analogo, modificato chimicamente in modo da impedire proprio quel movimento del protone. La parte più sorprendente riguarda il comportamento a diverse temperature. In un processo governato dal calore, la velocità di reazione dovrebbe cambiare sensibilmente scaldando o raffreddando il campione. Qui invece la velocità di PS-TET resta quasi costante, un indizio che ha spinto i ricercatori a ipotizzare che il protone non si muova per agitazione termica ma attraverso l'effetto tunnel quantistico, cioè attraversando la barriera energetica anziché scavalcarla. I calcoli sugli integrali di sovrapposizione delle funzioni d'onda vibrazionali del protone, riportati nello studio, sostengono questa lettura.

Wu ha sottolineato che la scoperta ha implicazioni per diverse tecnologie che sfruttano gli stati eccitati di tripletto delle molecole. L'effetto non conviene sempre allo stesso modo: nella fotocatalisi (processo chimico naturale in cui la luce, sia naturale che artificiale, attiva una sostanza, detta fotocatalizzatore) avere più stati di tripletto aiuta a far funzionare meglio il processo. In altri contesti, come le celle solari organiche o i laser a stato solido, gli stati di tripletto sono spesso un problema da limitare, perché disperdono energia che altrimenti verrebbe convertita in modo utile. È qui che il meccanismo scoperto a Dalian diventa interessante dal punto di vista applicativo: aggiungendo o rimuovendo la "navetta" protonica dal materiale, in linea di principio si potrebbe decidere quanto tripletto lasciar formare. Resta, per ora, un risultato di laboratorio su un sistema modello circoscritto, lontano da un dispositivo funzionante. Ma indica una leva finora sconosciuta per intervenire su un passaggio energetico che finora si poteva solo osservare, non guidare.

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