Målet med "femtokemi" är att filma och kontrollera kemiska reaktioner med korta ljusglimtar. Med hjälp av på varandra följande laserpulser, atombindningar kan exciteras exakt och brytas efter önskemål. Än så länge, detta har visats för utvalda molekyler. Forskare vid universitetet i Göttingen och Max Planck Institute for Biophysical Chemistry har nu lyckats överföra denna princip till en solid, styr sin kristallstruktur på ytan. Resultaten har publicerats i tidskriften Natur .

Laget, ledd av Jan Gerrit Horstmann och professor Claus Ropers, indunstade ett extremt tunt lager av indium på en kiselkristall och kylde sedan ner kristallen till -220 grader Celsius. Medan indiumatomerna bildar ledande metallkedjor på ytan vid rumstemperatur, de omorganiserar sig spontant till elektriskt isolerande hexagoner vid så låga temperaturer. Denna process är känd som övergången mellan två faser - det metalliska och det isolerande - och kan växlas med laserpulser. I deras experiment, forskarna upplyste sedan den kalla ytan med två korta laserpulser och omedelbart efteråt observerade indiumatomerna med hjälp av en elektronstråle. De fann att laserpulsernas rytm har ett avsevärt inflytande på hur effektivt ytan kan bytas till metalltillståndet.

Denna effekt kan förklaras av svängningar av atomerna på ytan, som författaren Jan Gerrit Horstmann förklarar:"För att komma från en stat till den andra, atomerna måste röra sig i olika riktningar och på så sätt övervinna en slags kulle, liknande en berg- och dalbana. En enda laserpuls räcker inte för detta, dock, och atomerna svänger bara fram och tillbaka. Men som en gungande rörelse, en andra puls vid rätt tidpunkt kan ge precis tillräckligt med energi till systemet för att göra övergången möjlig. "I sina experiment observerade fysikerna flera svängningar av atomerna, som påverkar konverteringen på väldigt olika sätt.

Deras resultat bidrar inte bara till den grundläggande förståelsen för snabba strukturförändringar, men också öppna upp nya perspektiv för ytfysik. "Våra resultat visar nya strategier för att styra omvandlingen av ljusenergi i atomskala, "säger Ropers från fakulteten för fysik vid universitetet i Göttingen, som också är direktör vid Max Planck Institute for Biophysical Chemistry. "Den riktade kontrollen av atoms rörelser i fasta ämnen med hjälp av laserpulssekvenser kan också göra det möjligt att skapa tidigare ouppnåeliga strukturer med helt nya fysikaliska och kemiska egenskaper."