En-atoms traktorbjælker driver kemisk katalyse

Ved at fange lys i små huller, der kun er et par atomer brede, har et hold fra NanoPhotonics Center ved Cavendish Laboratory ved University of Cambridge forstørret optiske kræfter tusind gange, stærke nok til at tvinge atomer i positioner, der driver kemiske reaktioner mere effektivt.

"Vi fandt en ny måde at øge kræfterne fra lys, nok til nu at flytte metalatomer, og det er nøglen til at reducere energibarrieren for at få katalyse til at fungere lettere," forklarer co-lead forsker Shu Hu.

Svage traktorstråler bruges til at lave optiske pincet, der kan sondere biologiske processer med stråler af stramt fokuseret lys, der fanger gennemsigtige mikroobjekter af glas eller polymer. Men at bruge lys til at plukke enkelte atomer fra faste stoffer kræver meget stærkere kræfter. Nu har et hold fra NanoPhotonics Center i Cavendish Laboratory vist en måde at bygge små sprækker, der forstørrer de optiske kræfter af synligt lys. De bruger disse til at trække enkelte guldatomer fra en krystal, nærme sig dem tæt på en molekylær binding og se virkningerne direkte på deres flopping og vibrationer. Udgivet i Science Advances , viser de nye måder at få lys til at virke kraftfuldt på og foreslår nye tilgange til at drive kemiske transformationer.

Ved at se én binding ad gangen i deres eksperimenter undgår man at tage et gennemsnit over en mængde forskellige effekter. "Enkelte metalatomer er ambolten, hvor katalyse skaber nye kemiske bindinger," lover professor Jeremy Baumberg, "og vi kan begynde at se denne proces ske og kontrollere den." Katalyse er medvirkende til alle menneskeskabte kemikalier og polymerer.

"Det er som at se den smukke dans af et atom og et molekyle i realtid," bemærker Hu. + Udforsk yderligere

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