Nuestras vidas están gobernadas por procesos submicroscópicos en el nanocosmos. De hecho, muchos fenómenos naturales comienzan con un cambio minúsculo en los estados de los átomos o moléculas, desencadenado por la radiación. Uno de esos procesos ha sido aclarado ahora por un equipo dirigido por el profesor Matthias Kling y el Dr. Boris Bergues en el Laboratorio de Física de Attosegundos (LAP), que es administrado conjuntamente por Ludwig-Maximilians Universität (LMU) y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ). El grupo estudió cómo las moléculas que estaban unidas a la superficie de las nanopartículas respondían a la irradiación con luz. Los procesos moleculares inducidos por la luz en nanopartículas juegan un papel importante en la química atmosférica, y, en última instancia, puede influir en nuestro clima.

El nanocosmos está en constante movimiento. Todos los procesos naturales están determinados en última instancia por la interacción entre la radiación y la materia. La luz incide sobre partículas e induce reacciones. Alterando los estados energéticos de los electrones, reorganiza los átomos y hace que las moléculas se reconfiguren. Estos procesos se aceleran significativamente cuando los reactivos se absorben en la superficie de las nanopartículas en la atmósfera. Este fenómeno es crucial para la fotoquímica de la atmósfera y, por lo tanto, tiene un impacto en nuestra salud y clima. Uno de los procesos moleculares impulsados ​​por la luz que tiene lugar en aerosoles ahora ha sido investigado en detalle por investigadores dirigidos por el profesor Matthias Kling y el Dr. Boris Bergues en el Laboratorio de Física de Attosegundos. que es operado conjuntamente por la LMU y el MPQ. El grupo ha desarrollado un nuevo método, llamada nanoscopia de reacción, lo que permite estudiar transiciones fisicoquímicas elementales en interfaces sólidas. Ahora lo han utilizado para caracterizar la reacción del etanol con moléculas de agua en la superficie de nanopartículas de vidrio bajo la influencia de luz láser de alta intensidad.

Los investigadores irradiaron las partículas esféricas con pulsos láser ultracortos, cada uno con una duración de unos pocos femtosegundos. Un femtosegundo es una millonésima de una mil millonésima de segundo (10 a 15 segundos). Con la ayuda de la nanoscopia de reacción, pudieron registrar esta interacción ultracorta en tres dimensiones con resolución nanométrica. "Hemos observado el desprendimiento y la aceleración de los iones de hidrógeno de las moléculas en la superficie de las nanopartículas. La capacidad de hacerlo forma la base de la alta resolución espacial de nuestra técnica de imagen, "explica Boris Bergues." Debido a que la tecnología nos permite determinar la posición exacta en la nanopartícula con el mayor rendimiento de reacción, podemos rastrear reacciones de moléculas adsorbidas en la superficie de aerosoles con alta resolución espacial ", añade Matthias Kling.

Estos procesos son omnipresentes, especialmente en los campos de la física atmosférica y la astroquímica. Por ejemplo, la luz en nuestra atmósfera interactúa con aerosoles y sus moléculas adheridas, desencadenando reacciones posteriores que pueden ser importantes para el desarrollo de nuestro clima. En el universo, procesos químicos similares ocurren en los granos de polvo más pequeños bajo condiciones extremas. Aquí, las moléculas se forman y experimentan reacciones, un proceso que también podría contribuir a la síntesis de biomoléculas.

A corto plazo, los resultados obtenidos con el nuevo procedimiento analítico por los físicos láser de Munich pueden proporcionar información útil, especialmente en el campo de la química atmosférica. Finalmente, podrían conducir a una mejor comprensión de las reacciones en aerosoles, e incluso podría señalar formas de ralentizar el ritmo o mitigar los efectos del cambio climático.