物理学家首次用激光控制纳米级的反应

控制纳米粒子上的强电磁场是在其表面触发目标分子反应的关键。这种对强场的控制是通过激光实现的。尽管过去科学家们已经观察到激光诱导的纳米粒子表面分子键的形成和断裂，但尚未实现表面反应的纳米光学控制。由慕尼黑大学（LMU）的Boris Bergues博士和Matthias Kling教授领导的一个国际科学家团队与斯坦福大学合作，现在已经填补了这个空白。物理学家们首次利用超短激光脉冲确定了光诱导的分子反应在孤立的二氧化硅纳米粒子表面的位置。

在纳米粒子的表面，有很多活动。分子对接，溶解，并改变它们的位置。所有这些都推动了化学反应，改变了物质，甚至产生了新材料。电磁场可以帮助控制纳米宇宙中的事件。Boris Bergues博士和Matthias Kling教授领导的超快电子学和纳米光子学研究小组现在已经证明了这一点。为此，研究人员使用强大的飞秒激光脉冲，在孤立的纳米粒子表面产生局部场。

使用所谓的反应纳米镜，即同一小组最近开发的一项新技术，物理学家能够对二氧化硅纳米粒子表面的反应部位和分子碎片的诞生地进行成像--分辨率优于20纳米。科学家们通过将两个不同颜色的激光脉冲场叠加在一起，并控制波形和偏振，实现了纳米级的空间控制，甚至可以在更高的分辨率下实现。因此，他们必须以阿秒级的精度设定两个脉冲之间的时间延迟。当与这种定制的光相互作用时，纳米颗粒的表面和吸附在那里的分子在目标位置被电离，导致分子解离成不同的碎片。

“纳米粒子上的分子表面反应在纳米催化中发挥着基本作用。它们可能是清洁能源生产的一个关键，特别是通过光催化水分离，”Matthias Kling解释说。“我们的结果也为跟踪纳米粒子上的光催化反应铺平了道路，不仅具有纳米级的空间分辨率，而且具有飞秒级的时间分辨率。”Boris Bergues补充说：“这将提供对其动态的自然空间和时间尺度上的表面过程的详细见解。”

科学家们预计，这种有希望的新方法可以应用于许多复杂的孤立的纳米结构材料。