Um grupo de pesquisadores liderado por Felipe Herrera, professor da Universidade de Santiago e membro do Millennium Institute for Research in Optics (MIRO), identificou um fenômeno quântico que permite a quebra de ligações químicas utilizando significativamente menos energia do que o habitual. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Physical Review Letters e apresentam um novo entendimento sobre como as flutuações naturais do vácuo eletromagnético podem promover a dissociação molecular.

Flutuações do vácuo e nanocavidades

Embora o vácuo seja frequentemente considerado um espaço completamente vazio, a física quântica demonstra que ele está repleto de pequenas flutuações de energia. Os pesquisadores descobriram que essas flutuações podem ser amplificadas dentro de nanocavidades, estruturas em escala nanométrica projetadas especificamente para esses estudos. Essa amplificação altera as vibrações moleculares, facilitando a quebra de ligações químicas quando expostas à luz infravermelha.

“Demonstramos que, sob condições de confinamento eletrodinâmico de uma molécula dentro de uma nanocavidade, as vibrações moleculares são modificadas de tal maneira que as ligações químicas se tornam muito mais fáceis de serem quebradas, devido à interação entre as moléculas e as flutuações do vácuo”, explica Herrera.

Implicações para a indústria química

Essa pesquisa oferece novas perspectivas sobre como reações químicas ocorrem em ambientes extremamente pequenos, onde a interação entre luz e matéria é intensa. Vários grupos de pesquisa ao redor do mundo já desenvolveram nanocavidades para aplicações fotônicas, mas o comportamento químico das moléculas nesses sistemas ainda era pouco compreendido.

“Neste trabalho, mostramos pela primeira vez como efeitos quânticos puros, como flutuações do vácuo eletromagnético, podem ser explorados para estimular significativamente a reatividade de pequenas moléculas de grande interesse na química. Exemplos incluem reações de captura de dióxido de carbono em processos eletroquímicos e eletrólise da água para produção de hidrogênio”, acrescenta Herrera.

A relevância dessa descoberta se estende à indústria, pois pode aumentar a eficiência de reações químicas conhecidas e contribuir para o desenvolvimento de processos que gerem menos resíduos químicos.

Metodologia do estudo

A pesquisa teve caráter teórico e demandou cerca de dois anos e meio de trabalho. Para realizá-la, a equipe utilizou simulações computacionais nos servidores do grupo de Tecnologia Quântica Molecular, liderado por Herrera, além de recursos computacionais da Universidad Católica del Norte, instituição de origem do pesquisador Johan Triana.

As simulações foram realizadas com ferramentas especializadas em modelagem molecular e física quântica, permitindo aos pesquisadores recriar virtualmente o comportamento das moléculas dentro das nanocavidades e analisar sua interação com a luz infravermelha. Herrera liderou o desenvolvimento conceitual da pesquisa e a análise dos resultados, enquanto Triana coordenou o trabalho numérico e contribuiu ativamente para a interpretação das descobertas.

Os resultados obtidos proporcionam uma compreensão mais profunda de como fenômenos quânticos fundamentais podem ser utilizados para influenciar processos químicos, um campo emergente com potenciais aplicações futuras em energia, química e nanotecnologia.