Omdat individuele atomen of moleculen 100 tot 1000 keer kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht, het is notoir moeilijk om informatie te verzamelen over hun dynamiek, vooral wanneer ze zijn ingebed in grotere structuren.

In een poging om deze beperking te omzeilen, onderzoekers ontwikkelen metalen nano-antennes die licht concentreren in een klein volume om elk signaal dat afkomstig is van hetzelfde gebied op nanoschaal drastisch te verbeteren. Nano-antennes vormen de ruggengraat van nanoplasmonica, een veld dat biosensing ingrijpend beïnvloedt, fotochemie, zonne-energie oogsten, en fotonica.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van EPFL onder leiding van professor Christophe Galland van de School of Basic Sciences hebben ontdekt dat wanneer groen laserlicht op een gouden nano-antenne schijnt, de intensiteit ervan wordt lokaal verhoogd tot een punt dat het goudatomen uit hun evenwichtsposities "klopt", de hele tijd de integriteit van de algehele structuur behouden. De gouden nano-antenne versterkt ook het zeer zwakke licht dat wordt verstrooid door de nieuw gevormde atoomdefecten, zichtbaar maken voor het blote oog.

Deze dans van atomen op nanoschaal kan dus worden waargenomen als oranje en rode flitsen van fluorescentie, die handtekeningen zijn van atomen die herschikkingen ondergaan. "Zulke verschijnselen op atomaire schaal zouden moeilijk in situ waar te nemen zijn, zelfs met behulp van zeer geavanceerde elektronen- of röntgenmicroscopen, omdat de clusters van goudatomen die de lichtflitsen uitzenden, zijn begraven in een complexe omgeving tussen miljarden andere atomen, ’ zegt Galland.

De onverwachte bevindingen roepen nieuwe vragen op over de exacte microscopische mechanismen waarmee een zwak continu groen licht enkele goudatomen in beweging kan brengen. "Het beantwoorden ervan zal de sleutel zijn om optische nano-antennes van het laboratorium naar de wereld van toepassingen te brengen - en we werken eraan, " zegt Wen Chen, de eerste auteur van de studie.

De studie is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .