L'obiettivo della "femtochimica" è filmare e controllare le reazioni chimiche con brevi lampi di luce. Utilizzando impulsi laser consecutivi, i legami atomici possono essere eccitati con precisione e rotti come desiderato. Finora, questo è stato dimostrato per molecole selezionate. I ricercatori dell'Università di Göttingen e del Max Planck Institute for Biophysical Chemistry sono ora riusciti a trasferire questo principio in un solido, controllando la sua struttura cristallina sulla superficie. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Natura .

Il gruppo, guidato da Jan Gerrit Horstmann e dal professor Claus Ropers, evaporato uno strato estremamente sottile di indio su un cristallo di silicio e poi raffreddato il cristallo fino a -220 gradi Celsius. Mentre gli atomi di indio formano catene metalliche conduttive sulla superficie a temperatura ambiente, si riorganizzano spontaneamente in esagoni elettricamente isolanti a temperature così basse. Questo processo è noto come transizione tra due fasi, quella metallica e quella isolante, e può essere commutata mediante impulsi laser. Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno poi illuminato la superficie fredda con due brevi impulsi laser e subito dopo hanno osservato la disposizione degli atomi di indio utilizzando un fascio di elettroni. Hanno scoperto che il ritmo degli impulsi laser ha una notevole influenza sull'efficienza con cui la superficie può essere commutata allo stato metallico.

Questo effetto può essere spiegato dalle oscillazioni degli atomi sulla superficie, come spiega il primo autore Jan Gerrit Horstmann:"Per passare da uno stato all'altro, gli atomi devono muoversi in direzioni diverse e così facendo superare una sorta di collina, simile a un giro sulle montagne russe. Un singolo impulso laser non è sufficiente per questo, però, e gli atomi semplicemente oscillano avanti e indietro. Ma come un movimento a dondolo, un secondo impulso al momento giusto può dare energia al sistema appena sufficiente per rendere possibile la transizione." Nei loro esperimenti i fisici hanno osservato diverse oscillazioni degli atomi, che influenzano la conversione in modi molto diversi.

Le loro scoperte non solo contribuiscono alla comprensione fondamentale dei rapidi cambiamenti strutturali, ma aprono anche nuove prospettive per la fisica delle superfici. "I nostri risultati mostrano nuove strategie per controllare la conversione dell'energia luminosa su scala atomica, " dice Ropers della Facoltà di Fisica dell'Università di Göttingen, che è anche direttore del Max Planck Institute for Biophysical Chemistry. "Il controllo mirato dei movimenti degli atomi nei solidi mediante sequenze di impulsi laser potrebbe anche consentire di creare strutture precedentemente introvabili con proprietà fisiche e chimiche completamente nuove".