物理學家首次用激光控制納米級的反應

控制納米粒子上的強電磁場是在其表面觸發目標分子反應的關鍵。這種對強場的控制是通過激光實現的。盡管過去科學家們已經觀察到激光誘導的納米粒子表面分子鍵的形成和斷裂，但尚未實現表面反應的納米光學控制。由慕尼黑大學（LMU）的Boris Bergues博士和Matthias Kling教授領導的一個國際科學家團隊與斯坦福大學合作，現在已經填補了這個空白。物理學家們首次利用超短激光脈沖確定了光誘導的分子反應在孤立的二氧化硅納米粒子表面的位置。

在納米粒子的表面，有很多活動。分子對接，溶解，并改變它們的位置。所有這些都推動了化學反應，改變了物質，甚至產生了新材料。電磁場可以幫助控制納米宇宙中的事件。Boris Bergues博士和Matthias Kling教授領導的超快電子學和納米光子學研究小組現在已經證明了這一點。為此，研究人員使用強大的飛秒激光脈沖，在孤立的納米粒子表面產生局部場。

使用所謂的反應納米鏡，即同一小組最近開發的一項新技術，物理學家能夠對二氧化硅納米粒子表面的反應部位和分子碎片的誕生地進行成像--分辨率優于20納米。科學家們通過將兩個不同顏色的激光脈沖場疊加在一起，并控制波形和偏振，實現了納米級的空間控制，甚至可以在更高的分辨率下實現。因此，他們必須以阿秒級的精度設定兩個脈沖之間的時間延遲。當與這種定制的光相互作用時，納米顆粒的表面和吸附在那里的分子在目標位置被電離，導致分子解離成不同的碎片。

“納米粒子上的分子表面反應在納米催化中發揮著基本作用。它們可能是清潔能源生產的一個關鍵，特別是通過光催化水分離，”Matthias Kling解釋說。“我們的結果也為跟蹤納米粒子上的光催化反應鋪平了道路，不僅具有納米級的空間分辨率，而且具有飛秒級的時間分辨率。”Boris Bergues補充說：“這將提供對其動態的自然空間和時間尺度上的表面過程的詳細見解。”

科學家們預計，這種有希望的新方法可以應用于許多復雜的孤立的納米結構材料。