Vibrerande kolmonoxidmolekyler adsorberade vid ytan av en saltkristall slutar röra sig efter några millisekunder. Forskare har nu upptäckt att detta främst beror på emissionen av elektromagnetiska vågor. Den kemiska bindningens roll vid ytan verkar därmed vara mindre viktig än man tidigare trott. Jörg Meyer från Leiden Institute for Chemistry har bidragit till den grundforskning som publicerades i Science den 14 december.

När kolmonoxid (CO)-molekyler fäster på ytan av en NaCl-saltkristall, den så kallade kemiska bindningen mellan olika atomer och molekyler anses vara mycket viktig. Inte bara för att hålla molekyler i en stabil position vid ytan, men också för överföring av vibrationsenergi. "Du kan jämföra den här bindningen med fjädern i bilens stötdämpare som mjukar upp körningen, Meyer förklarar. "Vi har nu upptäckt att vibrerande CO-molekyler på en saltyta saktar ner dominerande på grund av emissionen av elektromagnetiska vågor och mindre på grund av den kemiska bindningen." Dessa vågor verkar spela en viktigare roll i överföringen av vibrations energi än tidigare trott.

Enligt Meyer, den korrekta teoretiska beskrivningen av kemiska bindningar mellan atomer, molekyler och ytor kräver kvantmekanik. På grund av detta, kvantmekaniken förväntades också vara avgörande för att beskriva överföringen av vibrationsenergi. Tvärtom, den klassiska teorin bakom elektromagnetiska vågor, såsom ljus eller radiovågor, är en så kallad kontinuumteori, som inte uttryckligen förklarar det faktum att materia består av individuella atomer. Den skotske fysikern James Clerk Maxwell utvecklade teorin under andra hälften av 1800-talet, när kvantmekaniken ännu inte uppfanns. "Därför, det har varit riktigt överraskande och till en början mycket svårt att tro att en sådan teori spelar en nyckelroll här – på samma sätt som den gör för det ändliga intervallet av t.ex. radiosändning på makroskopisk skala."

Meyer samarbetade nära med forskargrupperna från universitetet i Göttingen samt det lokala Max Planck-institutet under ledning av Dirk Schwarzer och Alec Wodtke, som översatte observationerna till nya insikter om vilken roll den kemiska bindningen har till ytan. "Faktiskt, de kom på idén, och jag blev inte direkt övertygad, Meyer skrattar. På den experimentella sidan, Göttingengruppen använder en unik mellaninfraröd emissionsspektrometer med oöverträffad känslighet och tidsupplösning. Meyer bidrog själv med hjälp av datorsimuleringar. "För delar av dessa simuleringar, Jag behövde designa och implementera nya datorprogram, andra krävde mycket beräkningsansträngning och behövde därför köras på mitt datorkluster istället för på min bärbara dator."

Ur vetenskaplig synvinkel, Meyer anser att projektet är en intressant smältdegel av kemi, fysik och tillämpad datavetenskap. Forskningen gjorde det möjligt för honom att få mycket grundläggande insikter i hur energi överförs på atomär skala. Meyer:"Sådana elementära processer avgör i slutändan varför energi effektivt kan användas eller slösas bort i den makroskopiska värld som har börjat inse vikten av energi och hållbarhet."