Einzelatom-Traktorstrahlen treiben die chemische Katalyse an

Durch das Einfangen von Licht in winzige Lücken, die nur wenige Atome breit sind, hat ein Team vom NanoPhotonics Centre am Cavendish Laboratory der University of Cambridge die optischen Kräfte um das Tausendfache vergrößert, stark genug, um Atome in Positionen zu zwingen, die chemische Reaktionen effizienter antreiben.

„Wir haben einen neuen Weg gefunden, um die Kräfte des Lichts zu verstärken, genug, um jetzt Metallatome zu bewegen, und das ist der Schlüssel, um die Energiebarriere zu verringern, damit die Katalyse leichter funktioniert“, erklärt Co-Leiter-Forscher Shu Hu.

Schwache Traktorstrahlen werden verwendet, um optische Pinzetten herzustellen, die biologische Prozesse mit eng fokussierten Lichtstrahlen untersuchen können, die transparente Mikroobjekte aus Glas oder Polymer einfangen. Aber um mit Licht einzelne Atome aus Festkörpern zu reißen, braucht es viel stärkere Kräfte. Jetzt hat ein Team des NanoPhotonics Center im Cavendish Laboratory einen Weg aufgezeigt, winzige Spalten zu bauen, die die optischen Kräfte des sichtbaren Lichts verstärken. Damit ziehen sie einzelne Goldatome aus einem Kristall, nähern sich ihnen nahe einer molekularen Bindung und beobachten die Auswirkungen direkt auf ihr Flattern und Schwingen. Veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte zeigen sie neue Möglichkeiten, Licht kraftvoll wirken zu lassen, und schlagen neue Ansätze vor, um chemische Umwandlungen voranzutreiben.

Das Beobachten einer Bindung nach der anderen in ihren Experimenten vermeidet die Mittelung über eine Menge verschiedener Effekte. „Einzelne Metallatome sind der Amboss, an dem die Katalyse neue chemische Bindungen schmiedet“, verspricht Prof. Jeremy Baumberg, „und wir können beginnen, diesen Prozess zu beobachten und zu kontrollieren.“ Die Katalyse ist für alle künstlichen Chemikalien und Polymere von entscheidender Bedeutung.

„Es ist, als würde man den wunderschönen Tanz eines Atoms und eines Moleküls in Echtzeit beobachten“, bemerkt Hu.