La nature quantique de la lumière ne joue généralement pas un rôle important lorsque l'on considère les propriétés chimiques des atomes ou des molécules. Dans un article publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences des scientifiques de l'Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière à Hambourg montrent, cependant, que sous certaines conditions, les photons peuvent fortement influencer la chimie. Ces résultats indiquent la possibilité que les processus chimiques puissent être adaptés par des photons.

Expérimentalement, de telles situations ont déjà été observées, mais les prédictions théoriques des propriétés chimiques de tels états n'étaient possibles que dans une mesure limitée; les méthodes courantes de chimie quantique ne tiennent pas compte de la nature quantique de la lumière. Le groupe de recherche a maintenant étendu certaines de ces méthodes pour inclure le couplage aux photons. Entre autres, le groupe du professeur Angel Rubio a montré comment un couplage fort aux photons dans une cavité optique modifie les propriétés chimiques des molécules, comme sa longueur de liaison ou son absorption.

"Particulièrement intéressant, " dit Johannes Flick, l'auteur principal de l'ouvrage, "sont les changements des surfaces Born-Oppenheimer, qui servent à caractériser les réactions chimiques. Nous avons découvert qu'un fort couplage lumière-matière induit de nouvelles voies de réaction. les scientifiques ont cherché à savoir si les réactions chimiques standard pouvaient être rendues plus efficaces en utilisant un couplage fort aux photons. Faire cela, ils ont considéré un modèle simple de transfert de charge entre deux systèmes quantiques. De telles réactions de transfert de charge sont généralement entraînées par une impulsion laser. Dans ce travail, la réaction a été assistée par quelques photons dans la cavité optique, ce qui a permis des intensités laser plus faibles.

« Nos découvertes théoriques ne permettent pas seulement de mieux comprendre le comportement des atomes et molécules fortement couplés aux photons dans une cavité optique, " dit Johannes Flick, "mais ils mettent également en évidence la possibilité de modifier les propriétés chimiques via des photons." Prochain, le scientifique veut appliquer ses méthodes théoriques à des molécules plus complexes. L'objectif est de montrer que les résultats actuels sont globalement valables et que l'on peut altérer les propriétés chimiques de toutes sortes de molécules via un fort couplage lumière-matière.