O objetivo da 'femtoquímica' é filmar e controlar as reações químicas com pequenos flashes de luz. Usando pulsos de laser consecutivos, ligações atômicas podem ser excitadas com precisão e quebradas conforme desejado. Até aqui, isso foi demonstrado para moléculas selecionadas. Pesquisadores da Universidade de Göttingen e do Instituto Max Planck de Química Biofísica conseguiram agora transferir este princípio para um sólido, controlando sua estrutura cristalina na superfície. Os resultados foram publicados na revista Natureza .

O time, liderado por Jan Gerrit Horstmann e Professor Claus Ropers, evaporou uma camada extremamente fina de índio em um cristal de silício e, em seguida, resfriou o cristal a -220 graus Celsius. Enquanto os átomos de índio formam cadeias de metal condutor na superfície em temperatura ambiente, eles se reorganizam espontaneamente em hexágonos eletricamente isolantes nessas baixas temperaturas. Esse processo é conhecido como transição entre duas fases - a metálica e a isolante - e pode ser comutado por pulsos de laser. Em seus experimentos, os pesquisadores então iluminaram a superfície fria com dois pulsos curtos de laser e imediatamente observaram o arranjo dos átomos de índio usando um feixe de elétrons. Eles descobriram que o ritmo dos pulsos de laser tem uma influência considerável na eficiência com que a superfície pode ser mudada para o estado metálico.

Este efeito pode ser explicado pelas oscilações dos átomos na superfície, como o primeiro autor Jan Gerrit Horstmann explica:"Para ir de um estado a outro, os átomos têm que se mover em direções diferentes e, ao fazer isso, superar uma espécie de colina, semelhante a um passeio de montanha-russa. Um único pulso de laser não é suficiente para isso, Contudo, e os átomos simplesmente balançam para frente e para trás. Mas como um movimento de balanço, um segundo pulso no momento certo pode fornecer energia suficiente para o sistema tornar a transição possível. "Em seus experimentos, os físicos observaram várias oscilações dos átomos, que influenciam a conversão de maneiras muito diferentes.

Suas descobertas não apenas contribuem para a compreensão fundamental das rápidas mudanças estruturais, mas também abre novas perspectivas para a física de superfície. "Nossos resultados mostram novas estratégias para controlar a conversão de energia luminosa em escala atômica, "diz Ropers, da Faculdade de Física da Universidade de Göttingen, que também é Diretor do Instituto Max Planck de Química Biofísica. "O controle direcionado dos movimentos dos átomos em sólidos usando sequências de pulso de laser também poderia tornar possível criar estruturas anteriormente impossíveis de obter com propriedades físicas e químicas completamente novas."