Verdens mindste forstørrelsesglas gør det muligt at se kemiske bindinger mellem atomer

I århundreder, videnskabsmænd troede, at lys, som alle bølger, kunne ikke fokuseres mindre end dens bølgelængde, lige under en milliontedel af en meter. Nu, forskere ledet af University of Cambridge har skabt verdens mindste forstørrelsesglas, som fokuserer lyset en milliard gange mere stramt, ned til skalaen af ​​enkelte atomer.

I samarbejde med kolleger fra Spanien, holdet brugte stærkt ledende guld-nanopartikler til at lave verdens mindste optiske hulrum, så lille, at kun et enkelt molekyle kan passe ind i det. Hulrummet - kaldet et 'pico-hulrum' af forskerne - består af et bump i en guldnanostruktur på størrelse med et enkelt atom, og begrænser lyset til mindre end en milliardtedel af en meter. Resultaterne, rapporteret i journalen Videnskab , åbne op for nye måder at studere samspillet mellem lys og stof, herunder muligheden for at få molekylerne i hulrummet til at gennemgå nye former for kemiske reaktioner, som kunne muliggøre udviklingen af ​​helt nye typer sensorer.

Ifølge forskerne, at bygge nanostrukturer med enkelt atom kontrol var ekstremt udfordrende. "Vi var nødt til at afkøle vores prøver til -260°C for at fryse de susende guldatomer, sagde Felix Benz, hovedforfatter af undersøgelsen. Forskerne skinnede laserlys på prøven for at bygge pico-hulrummene, giver dem mulighed for at se et enkelt atoms bevægelse i realtid.

"Vores modeller foreslog, at individuelle atomer, der stikker ud, kan fungere som små lynafledere, men fokusering af lys i stedet for elektricitet, " sagde professor Javier Aizpurua fra Center for Materialefysik i San Sebastian, der ledede den teoretiske del af dette arbejde.

"Selv enkelte guldatomer opfører sig ligesom små metalliske kuglelejer i vores eksperimenter, med ledende elektroner, der strejfer rundt, som er meget forskellig fra deres kvanteliv, hvor elektroner er bundet til deres kerne, " sagde professor Jeremy Baumberg fra NanoPhotonics Center ved Cambridges Cavendish Laboratory, der ledede forskningen.

Resultaterne har potentiale til at åbne et helt nyt felt af lyskatalyserede kemiske reaktioner, gør det muligt at bygge komplekse molekyler af mindre komponenter. Derudover der er mulighed for nye opto-mekaniske datalagringsenheder, gør det muligt at skrive og læse information af lys og lagre i form af molekylære vibrationer.