Publicerad i tidskriften Nature Chemistry, studien utfördes av ett team av forskare från University of California, Berkeley, och Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter i Hamburg, Tyskland. De använde en teknik som kallas ultrasnabb elektrondiffraktion för att registrera de molekylära förändringarna som utlöses av två fotoner av ljus.
"Vi kunde se hur elektronerna i en molekyl omfördelade sig själva efter att ha absorberat två fotoner", säger studiens huvudförfattare Benjamin Feinberg, en postdoktor vid University of California, Berkeley. "Detta gjorde det möjligt för oss att följa de molekylära förändringarna i realtid, vilket ger en detaljerad bild av hur molekyler reagerar på ljus."
Forskarna studerade en molekyl som heter difenylacetylen, som är en enkel organisk molekyl som består av två fenylringar förbundna med en trippelbindning mellan två kolatomer. När molekylen absorberar två fotoner av ljus genomgår den en kemisk reaktion som kallas fotodimerisering, där de två fenylringarna bildar en ny bindning med varandra.
Med hjälp av ultrasnabb elektrondiffraktion kunde forskarna fånga de molekylära förändringarna i samband med denna reaktion på en tidsskala av femtosekunder (en femtosekund är en miljondel av en miljarddels sekund). De observerade hur elektronerna i molekylen rör sig och omfördelar sig, vilket leder till bildandet av den nya bindningen mellan de två fenylringarna.
Denna detaljerade förståelse av hur molekyler reagerar på ljus kan ha betydande konsekvenser för områden som kemi, materialvetenskap och medicin. Det kan till exempel hjälpa forskare att designa nya material som är mer effektiva när det gäller att absorbera ljus och omvandla det till energi, till exempel i solceller. Dessutom kan det hjälpa till med utvecklingen av ljusaktiverade läkemedel som kan vara exakt riktade till specifika platser i kroppen.
"Vårt arbete öppnar upp nya möjligheter för att studera dynamiken i kemiska reaktioner och förstå hur molekyler interagerar med ljus", säger seniorförfattaren Daniel Neumark, professor i kemi vid University of California, Berkeley. "Denna kunskap kommer att vara avgörande för att utveckla ny teknik som utnyttjar ljusets kraft för energiomvandling och andra tillämpningar."
Teamets resultat representerar ett betydande steg framåt inom området för molekylär filmskapande och ger en djupare förståelse för de grundläggande processer som uppstår när molekyler interagerar med ljus.
