Eeuwenlang, wetenschappers geloofden dat licht, zoals alle golven, kon niet kleiner dan de golflengte worden scherpgesteld, iets minder dan een miljoenste van een meter. Nutsvoorzieningen, onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Cambridge hebben 's werelds kleinste vergrootglas gemaakt, die het licht een miljard keer scherper bundelt, tot op de schaal van enkele atomen.

In samenwerking met collega's uit Spanje, het team gebruikte zeer geleidende gouden nanodeeltjes om 's werelds kleinste optische holte te maken, zo klein dat er maar één molecuul in past. De holte - door de onderzoekers een 'pico-holte' genoemd - bestaat uit een bult in een gouden nanostructuur ter grootte van een enkel atoom, en beperkt het licht tot minder dan een miljardste van een meter. De resultaten, gerapporteerd in het journaal Wetenschap , nieuwe manieren openen om de interactie van licht en materie te bestuderen, inclusief de mogelijkheid om de moleculen in de holte nieuwe soorten chemische reacties te laten ondergaan, die de ontwikkeling van geheel nieuwe typen sensoren mogelijk zouden kunnen maken.

Volgens de onderzoekers is het bouwen van nanostructuren met controle over één atoom was een enorme uitdaging. "We moesten onze monsters afkoelen tot -260 °C om de rondscharrelende goudatomen te bevriezen, zei Felix Benz, hoofdauteur van de studie. De onderzoekers schenen laserlicht op het monster om de pico-holten te bouwen, waardoor ze de beweging van één atoom in realtime kunnen bekijken.

"Onze modellen suggereerden dat individuele atomen die uitsteken, zouden kunnen werken als kleine bliksemafleiders, maar het focussen van licht in plaats van elektriciteit, " zei professor Javier Aizpurua van het Centrum voor Materiaalfysica in San Sebastian, die het theoretische gedeelte van dit werk leidde.

"Zelfs enkele goudatomen gedragen zich net als kleine metalen kogellagers in onze experimenten, met geleidende elektronen die rondzwerven, wat heel anders is dan hun kwantumleven waar elektronen aan hun kern zijn gebonden, " zei professor Jeremy Baumberg van het NanoPhotonics Centre in het Cavendish Laboratory in Cambridge, die het onderzoek leidde.

De bevindingen hebben het potentieel om een ​​heel nieuw veld van door licht gekatalyseerde chemische reacties te openen, waardoor complexe moleculen kunnen worden opgebouwd uit kleinere componenten. Aanvullend, er is de mogelijkheid van nieuwe opto-mechanische gegevensopslagapparaten, waardoor informatie kan worden geschreven en gelezen door licht en opgeslagen in de vorm van moleculaire trillingen.