I århundraden, forskare trodde att ljus, som alla vågor, kunde inte fokuseras ner mindre än dess våglängd, knappt en miljondels meter. Nu, forskare som leds av University of Cambridge har skapat världens minsta förstoringsglas, som fokuserar ljuset en miljard gånger tätare, ner till skalan för enskilda atomer.

I samarbete med kollegor från Spanien, laget använde mycket ledande guldnanopartiklar för att göra världens minsta optiska hålighet, så liten att bara en enda molekyl får plats i den. Håligheten – som av forskarna kallas en pico-kavitet – består av en bula i en guldnanostruktur som är lika stor som en enda atom, och begränsar ljuset till mindre än en miljarddels meter. Resultaten, rapporteras i tidningen Vetenskap , öppna upp nya sätt att studera samspelet mellan ljus och materia, inklusive möjligheten att få molekylerna i hålrummet att genomgå nya typer av kemiska reaktioner, vilket skulle möjliggöra utveckling av helt nya typer av sensorer.

Enligt forskarna, att bygga nanostrukturer med enkelatomkontroll var extremt utmanande. "Vi var tvungna att kyla våra prover till -260 ° C för att frysa de skurande guldatomerna, "sa Felix Benz, huvudförfattare till studien. Forskarna lyste laserljus på provet för att bygga pico-hålrummen, så att de kan se rörelse med en atom i realtid.

"Våra modeller föreslog att enskilda atomer som sticker ut kan fungera som små blixtar, men fokusera ljus istället för elektricitet, "sade professor Javier Aizpurua från Center for Materials Physics i San Sebastian, som ledde den teoretiska delen av detta arbete.

"Även enstaka guldatomer beter sig precis som små metalliska kullager i våra experiment, med ledande elektroner som strövar omkring, som skiljer sig mycket från deras kvantliv där elektroner är bundna till deras kärna, "sade professor Jeremy Baumberg från NanoPhotonics Center vid Cambridge's Cavendish Laboratory, som ledde forskningen.

Fynden har potential att öppna ett helt nytt område med ljuskatalyserade kemiska reaktioner, så att komplexa molekyler kan byggas av mindre komponenter. Dessutom, det finns möjlighet till nya optomekaniska datalagringsenheter, så att information kan skrivas och läsas av ljus och lagras i form av molekylära vibrationer.