Ons leven wordt bepaald door submicroscopische processen in de nanokosmos. Veel natuurlijke fenomenen beginnen inderdaad met een minuscule verschuiving in de toestand van atomen of moleculen, veroorzaakt door straling. Een dergelijk proces is nu opgehelderd door een team onder leiding van Prof. Matthias Kling en Dr. Boris Bergues van het Laboratory for Attosecond Physics (LAP), die gezamenlijk wordt beheerd door Ludwig-Maximilians Universität (LMU) en het Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ). De groep onderzocht hoe moleculen die aan het oppervlak van nanodeeltjes waren vastgemaakt, reageerden op bestraling met licht. Door licht geïnduceerde moleculaire processen op nanodeeltjes spelen een belangrijke rol in de atmosferische chemie, en kan uiteindelijk ons ​​klimaat beïnvloeden.

De nanokosmos is constant in beweging. Alle natuurlijke processen worden uiteindelijk bepaald door het samenspel tussen straling en materie. Licht valt op deeltjes en veroorzaakt reacties. Door de energietoestanden van elektronen te veranderen, het herschikt atomen en zorgt ervoor dat moleculen opnieuw worden geconfigureerd. Deze processen worden aanzienlijk versneld wanneer de reactanten worden geabsorbeerd op het oppervlak van nanodeeltjes in de atmosfeer. Dit fenomeen is cruciaal voor de fotochemie van de atmosfeer en heeft dus een impact op onze gezondheid en klimaat. Een van de door licht aangedreven moleculaire processen die plaatsvindt op aerosolen is nu in detail onderzocht door onderzoekers onder leiding van Prof. Matthias Kling en Dr. Boris Bergues van het Laboratorium voor Attoseconde Fysica, die gezamenlijk wordt beheerd door de LMU en de MPQ. De groep heeft een nieuwe methode ontwikkeld, genaamd reactie nanoscopie, die het mogelijk maakt om elementaire fysisch-chemische overgangen op vaste grensvlakken te bestuderen. Ze hebben het nu gebruikt om de reactie van ethanol met watermoleculen op het oppervlak van glazen nanodeeltjes te karakteriseren onder invloed van laserlicht met hoge intensiteit.

De onderzoekers bestraalden de bolvormige deeltjes met ultrakorte laserpulsen, elk duurt een paar femtoseconden. Een femtoseconde is een miljoenste van een miljardste van een seconde (10 tot 15 seconden). Met behulp van reactienoscopie wordt ze waren in staat om deze ultrakorte interactie in drie dimensies vast te leggen met een resolutie van nanometers. "We hebben het loskomen en versnellen van waterstofionen van moleculen op het oppervlak van nanodeeltjes waargenomen. Het vermogen om dit te doen vormt de basis voor de hoge ruimtelijke resolutie van onze beeldvormingstechniek, " legt Boris Bergues uit. "Omdat we met de technologie de exacte positie op het nanodeeltje met de hoogste reactieopbrengst kunnen bepalen, we kunnen reacties van moleculen die zijn geadsorbeerd op het oppervlak van aerosolen met een hoge ruimtelijke resolutie volgen", voegt Matthias Kling toe.

Dergelijke processen zijn alomtegenwoordig, vooral op het gebied van atmosferische fysica en astrochemie. Bijvoorbeeld, licht in onze atmosfeer interageert met aerosolen en hun aangehechte moleculen, reacties uitlokken die van belang kunnen zijn voor de ontwikkeling van ons klimaat. In het universum, soortgelijke chemische processen vinden plaats op de kleinste stofkorrels onder extreme omstandigheden. Hier, moleculen worden gevormd en ondergaan reacties - een proces dat ook zou kunnen bijdragen aan de synthese van biomoleculen.

Op korte termijn, de resultaten die zijn verkregen met de nieuwe analytische procedure door de laserfysici uit München kunnen nuttige inzichten opleveren, vooral op het gebied van atmosferische chemie. Eventueel, ze zouden kunnen leiden tot een beter begrip van reacties op aerosolen, en zou zelfs kunnen wijzen op manieren om de snelheid te vertragen of de effecten van klimaatverandering te verzachten.