Bedre kemi gennem bittesmå antenner

Et forskerhold ved University of Tokyo har introduceret en kraftfuld metode til aktivt at bryde kemiske bindinger ved hjælp af excitationer i bittesmå antenner skabt af infrarøde lasere. Denne proces kan have anvendelser i hele kemien som en måde at lede kemiske reaktioner i ønskede retninger. I særdeleshed, de reaktioner, der bruges i energien, farmaceutiske, og fremstillingssektorer kan blive meget mere effektive ved at øge udbyttet og samtidig reducere spild.

Kemi er en rodet virksomhed, da der kan være en række forskellige måder, startkemikalierne kan reagere på, og hver vej kan føre til dannelsen af ​​et andet produkt. I årenes løb, kemikere har udviklet mange værktøjer – inklusive ændring af temperaturen, koncentration, pH, eller opløsningsmiddel - for at rykke reaktionen for at maksimere udbyttet af de ønskede molekyler.

Imidlertid, hvis de får evnen til selektivt at kontrollere dannelsen eller brydningen af ​​individuelle bindinger i et molekyle, videnskabsmænd kunne i høj grad forbedre effektiviteten af ​​disse reaktioner, samtidig med at uønskede biprodukter minimeres. "At være i stand til at kontrollere kemiske reaktioner på molekylært niveau - dvs. evnen til selektivt at bryde eller danne kemiske bindinger, er et stort mål for fysiske kemikere, " siger førsteforfatter Ikki Morichika.

En måde at kontrollere, hvilke bindinger der brydes under en kemisk reaktion, er at få molekyler til at vibrere ved at spændende dem med infrarødt laserlys. Da hver type kemisk binding absorberer en bestemt bølgelængde af lys, de kan aktiveres individuelt. Desværre, det er vanskeligt at levere nok energi gennem prøven til at generere den nødvendige vibrationsintensitet. Teamet ved University of Tokyo var i stand til at overvinde dette problem ved at fremstille bittesmå guldantenner, hver kun 300 nanometer bred, og ved at belyse dem med infrarøde lasere. Når infrarødt lys med den rigtige frekvens var til stede, elektronerne i antennerne svingede frem og tilbage i resonans med lysbølgerne, hvilket skabte et meget intenst elektrisk felt.

Dette fænomen kaldes en "plasmonisk resonans, " og kræver, at antennerne har den helt rigtige form og størrelse. Den plasmoniske resonans fokuserede laserens energi på nærliggende molekyler, som begyndte at vibrere. Vibrationen blev yderligere forstærket ved at forme bølgeformen af ​​den infrarøde laser, så frekvensen ændrede sig hurtigt over tid, minder om fuglenes kvidren. "Dette viste med succes, at kombinationen af ​​ultrahurtig optik og nano-plasmonik er nyttig til effektiv, selektiv vibrations excitation, " siger seniorforfatter Satoshi Ashihara.

I fremtiden, denne teknik kan anvendes til produktion af renere brændstoffer eller billigere lægemidler, efterhånden som de kemiske processer bliver optimeret.