Het doel van 'femtochemie' is het filmen en beheersen van chemische reacties met korte lichtflitsen. Door opeenvolgende laserpulsen te gebruiken, atoombindingen kunnen precies worden aangeslagen en naar wens worden verbroken. Tot dusver, dit is aangetoond voor geselecteerde moleculen. Onderzoekers van de Universiteit van Göttingen en het Max Planck Instituut voor Biofysische Chemie zijn er nu in geslaagd om dit principe om te zetten in een solide, het beheersen van de kristalstructuur op het oppervlak. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuur .

Het team, onder leiding van Jan Gerrit Horstmann en prof.dr. Claus Ropers, verdampte een extreem dunne laag indium op een siliciumkristal en koelde het kristal vervolgens af tot -220 graden Celsius. Terwijl de indiumatomen bij kamertemperatuur geleidende metaalketens vormen op het oppervlak, ze herschikken zichzelf spontaan in elektrisch isolerende zeshoeken bij zulke lage temperaturen. Dit proces staat bekend als de overgang tussen twee fasen - de metalen en de isolerende - en kan worden geschakeld door laserpulsen. In hun experimenten, de onderzoekers verlichtten vervolgens het koude oppervlak met twee korte laserpulsen en observeerden onmiddellijk daarna de rangschikking van de indiumatomen met behulp van een elektronenstraal. Ze ontdekten dat het ritme van de laserpulsen een aanzienlijke invloed heeft op hoe efficiënt het oppervlak kan worden omgeschakeld naar de metallische toestand.

Dit effect kan worden verklaard door oscillaties van de atomen op het oppervlak, zoals eerste auteur Jan Gerrit Horstmann uitlegt:"Om van de ene staat naar de andere te gaan, de atomen moeten in verschillende richtingen bewegen en daarbij een soort heuvel overwinnen, vergelijkbaar met een achtbaanrit. Hiervoor is een enkele laserpuls niet voldoende, echter, en de atomen zwaaien alleen maar heen en weer. Maar als een schommelende beweging, een tweede puls op het juiste moment kan het systeem net genoeg energie geven om de overgang mogelijk te maken." In hun experimenten observeerden de natuurkundigen verschillende oscillaties van de atomen, die de conversie op zeer verschillende manieren beïnvloeden.

Hun bevindingen dragen niet alleen bij aan het fundamentele begrip van snelle structurele veranderingen, maar openen ook nieuwe perspectieven voor de oppervlaktefysica. "Onze resultaten laten nieuwe strategieën zien om de omzetting van lichtenergie op atomaire schaal te regelen, " zegt Ropers van de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Göttingen, die ook directeur is van het Max Planck Institute for Biophysical Chemistry. "De gerichte controle van de bewegingen van atomen in vaste stoffen met behulp van laserpulssequenties zou het ook mogelijk kunnen maken om voorheen onbereikbare structuren met volledig nieuwe fysische en chemische eigenschappen te creëren."