Eftersom enskilda atomer eller molekyler är 100 till 1000 gånger mindre än våglängden för synligt ljus, det är notoriskt svårt att samla information om deras dynamik, speciellt när de är inbäddade i större strukturer.

I ett försök att kringgå denna begränsning, forskare konstruerar metalliska nanoantenner som koncentrerar ljus till en liten volym för att dramatiskt förbättra alla signaler som kommer från samma nanoskalaregion. Nanoantenner är ryggraden i nanoplasmonik, ett område som djupt påverkar biosensing, fotokemi, solenergiskörd, och fotonik.

Nu, forskare vid EPFL under ledning av professor Christophe Galland vid School of Basic Sciences har upptäckt att när grönt laserljus lyser på en guld nano-antenn, dess intensitet förstärks lokalt till en punkt att den "slår ut" guldatomer ur deras jämviktspositioner, hela tiden upprätthålla integriteten hos den övergripande strukturen. Nanoantennen i guld förstärker också det mycket svaga ljuset som sprids av de nybildade atomdefekterna, gör det synligt för blotta ögat.

Denna nanoskala dans av atomer kan således observeras som orange och röda blixtar av fluorescens, som är signaturer för atomer som genomgår omarrangemang. "Sådana fenomen i atomär skala skulle vara svåra att observera på plats, även med mycket sofistikerade elektron- eller röntgenmikroskop, eftersom klustren av guldatomer som avger ljusblixtarna är begravda i en komplex miljö bland miljarder andra atomer, säger Galland.

De oväntade fynden väcker nya frågor om de exakta mikroskopiska mekanismerna genom vilka ett svagt kontinuerligt grönt ljus kan sätta några guldatomer i rörelse. "Att svara på dem kommer att vara nyckeln till att ta med optiska nanoantenner från labbet till applikationsvärlden - och vi jobbar på det, säger Wen Chen, studiens första författare.

Studien publiceras i Naturkommunikation .