El objetivo de la 'femtoquímica' es filmar y controlar las reacciones químicas con breves destellos de luz. Usando pulsos de láser consecutivos, Los enlaces atómicos pueden excitarse con precisión y romperse según se desee. Hasta aquí, esto se ha demostrado para moléculas seleccionadas. Investigadores de la Universidad de Göttingen y el Instituto Max Planck de Química Biofísica han logrado ahora transferir este principio a un sólido, controlando su estructura cristalina en la superficie. Los resultados se han publicado en la revista Naturaleza .

El equipo, dirigido por Jan Gerrit Horstmann y el profesor Claus Ropers, evaporó una capa extremadamente fina de indio sobre un cristal de silicio y luego enfrió el cristal a -220 grados Celsius. Mientras que los átomos de indio forman cadenas metálicas conductoras en la superficie a temperatura ambiente, espontáneamente se reorganizan en hexágonos eléctricamente aislantes a temperaturas tan bajas. Este proceso se conoce como la transición entre dos fases, la metálica y la aislante, y puede conmutarse mediante pulsos de láser. En sus experimentos, Luego, los investigadores iluminaron la superficie fría con dos pulsos de láser cortos e inmediatamente después observaron la disposición de los átomos de indio utilizando un haz de electrones. Descubrieron que el ritmo de los pulsos de láser tiene una influencia considerable en la eficiencia con la que la superficie puede cambiarse al estado metálico.

Este efecto se puede explicar por las oscilaciones de los átomos en la superficie, como explica el primer autor Jan Gerrit Horstmann:"Para ir de un estado a otro, los átomos tienen que moverse en diferentes direcciones y al hacerlo superar una especie de colina, similar a un paseo en montaña rusa. Un solo pulso de láser no es suficiente para esto, sin embargo, y los átomos simplemente oscilan hacia adelante y hacia atrás. Pero como un movimiento de balanceo un segundo pulso en el momento adecuado puede dar suficiente energía al sistema para hacer posible la transición ". En sus experimentos, los físicos observaron varias oscilaciones de los átomos, que influyen en la conversión de formas muy distintas.

Sus hallazgos no solo contribuyen a la comprensión fundamental de los rápidos cambios estructurales, pero también abre nuevas perspectivas para la física de superficies. "Nuestros resultados muestran nuevas estrategias para controlar la conversión de energía luminosa a escala atómica, "dice Ropers de la Facultad de Física de la Universidad de Göttingen, quien también es director del Instituto Max Planck de Química Biofísica. "El control dirigido de los movimientos de los átomos en los sólidos mediante secuencias de pulsos de láser también podría hacer posible la creación de estructuras previamente inalcanzables con propiedades físicas y químicas completamente nuevas".