Trillende koolmonoxidemoleculen die aan het oppervlak van een zoutkristal zijn geadsorbeerd, stoppen na enkele milliseconden met bewegen. Wetenschappers ontdekten nu dat dit voornamelijk te wijten is aan de emissie van elektromagnetische golven. De rol van de chemische binding aan het oppervlak blijkt daarbij minder belangrijk dan eerder werd gedacht. Jörg Meyer van het Leids Instituut voor Chemie heeft bijgedragen aan het fundamentele onderzoek dat op 14 december in Science verscheen.

Wanneer koolmonoxide (CO) moleculen zich hechten aan het oppervlak van een NaCl-zoutkristal, de zogenaamde chemische binding tussen verschillende atomen en moleculen wordt als zeer belangrijk beschouwd. Niet alleen om moleculen op een stabiele positie aan het oppervlak te houden, maar ook voor de overdracht van trillingsenergie. "Je kunt deze binding vergelijken met de veer in de schokdemper van de auto die het rijden soepeler maakt, Meyer legt uit. "We hebben nu ontdekt dat trillende CO-moleculen op een zoutoppervlak dominant vertragen door de emissie van elektromagnetische golven en minder door de chemische binding." Deze golven lijken een belangrijkere rol te spelen bij de overdracht van energie dan eerder werd gedacht.

Volgens Meijer, de juiste theoretische beschrijving van chemische bindingen tussen atomen, moleculen en oppervlakken vereist kwantummechanica. Daarom, de kwantummechanica zou ook cruciaal zijn om de overdracht van trillingsenergie te beschrijven. Helemaal in tegenstelling, de klassieke theorie achter elektromagnetische golven, zoals licht of radiogolven, is een zogenaamde continuümtheorie, dat houdt niet expliciet rekening met het feit dat materie uit individuele atomen bestaat. De Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell ontwikkelde de theorie in de tweede helft van de 19e eeuw, toen de kwantummechanica nog niet was uitgevonden. "Daarom, het was echt verrassend en aanvankelijk heel moeilijk te geloven dat een dergelijke theorie hier een sleutelrol speelt - op dezelfde manier als voor het eindige bereik van b.v. radiotransmissie op macroscopische schaal."

Meyer werkte nauw samen met de onderzoeksgroepen van de Universiteit van Göttingen en het lokale Max Planck Instituut onder leiding van Dirk Schwarzer en Alec Wodtke, die de waarnemingen vertaalde naar nieuwe inzichten over de rol van de chemische binding aan het oppervlak. "In feite, ze kwamen op het idee, en ik was niet meteen overtuigd, " Meyer lacht. Aan de experimentele kant, de Göttingen-groep gebruikt een unieke mid-infrarood emissiespectrometer met ongekende gevoeligheid en tijdresolutie. Meyer droeg zelf bij door middel van computersimulaties. "Voor delen van deze simulaties, Ik moest nieuwe computerprogramma's ontwerpen en implementeren, andere vereisten veel rekenkracht en moesten dus op mijn computercluster worden uitgevoerd in plaats van op mijn laptop."

Vanuit wetenschappelijk oogpunt, Meyer gelooft dat het project een interessante smeltkroes van chemie is, natuurkunde en toegepaste informatica. Het onderzoek stelde hem in staat om zeer fundamentele inzichten te verkrijgen in hoe energie wordt overgedragen op atomaire schaal. Meyer:"Zulke elementaire processen bepalen uiteindelijk waarom energie efficiënt kan worden gebruikt of verspild in de macroscopische wereld die het belang van energie en duurzaamheid is gaan inzien."