Ερευνητές από τη Γερμανία, την Ιαπωνία και την Ινδία ανακάλυψαν έναν τρόπο να κάνουν μόρια που βρίσκονται πάνω σε μια επίπεδη επιφάνεια να περιστρέφονται συλλογικά, εκθέτοντάς τα σε υπερταχείς παλμούς φωτός. Το πείραμα χρησιμοποίησε το λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων FLASH του DESY και μια πηγή παραγωγής υψηλών αρμονικών. Η ανακάλυψη αυτή αναμένεται να επηρεάσει τη δημιουργία κβαντικών υλικών επόμενης γενιάς για την ηλεκτρονική, την αποθήκευση δεδομένων και τη μετατροπή ενέργειας.
Παρακολούθηση της κίνησης σε κλίμακα φεμτοδευτερολέπτου
Όταν τα συστήματα αυτά διεγείρονται από το φως, προκαλείται μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου από το μόριο στο κβαντικό υλικό, γεγονός που θέτει τα μόρια σε κίνηση. Η ομάδα χρησιμοποίησε μια τεχνική που ονομάζεται «μικροσκοπία ορμής με χρονική ανάλυση» για να παρακολουθήσει αυτές τις διεργασίες σε πραγματικό χρόνο. Κατάφεραν να καταγράψουν ταυτόχρονα τη μεταφορά φορτίου, τις θέσεις των ατόμων και τις στροφές των μορίων σε χρονική κλίμακα φεμτοδευτερολέπτων (femtoseconds). Αυτή η συνδυαστική θέαση επέτρεψε τη άμεση σύνδεση της ηλεκτρονικής διέγερσης με τη μοριακή κίνηση.
Συλλογική περιστροφή και χειρομορφία
Η έρευνα αποκάλυψε ότι η ρίψη μιας δέσμης φωτός προκαλεί μια ταχεία μεταφορά φορτίου που τροποποιεί το ηλεκτροστατικό δυναμικό στη διεπαφή για ένα πολύ σύντομο διάστημα. Αυτή η αλλαγή αναγκάζει ένα μεγάλο μέρος του μοριακού στρώματος να περιστρέφεται συγχρονισμένα. Σύμφωνα με τον επιστήμονα Markus Scholz, η συλλογική αυτή περιστροφή σχηματίζει προσωρινά μια «ομοχειρική» μοριακή διάταξη, παρόλο που τα μεμονωμένα μόρια είναι αρχικά αχειρικά και οργανωμένα σε συμμετρικές δομές.
Μελλοντικές εφαρμογές στην επιστήμη των υλικών
Τα αποτελέσματα αυτά είναι ιδιαίτερα σημαντικά για πεδία όπως οι μοριακοί διακόπτες και τα χειρικά υλικά, που αποτελούν πυλώνες της σύγχρονης νανοεπιστήμης. Οι μοριακοί διακόπτες θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα που λειτουργούν σε επίπεδο μονού μορίου, επιτρέποντας τη δημιουργία εξαιρετικά μικρών, ταχύτερων και ενεργειακά αποδοτικών επεξεργαστών. Επίσης, ο ακριβής έλεγχος της χειρομορφίας των υλικών παίζει καθοριστικό ρόλο στην παραγωγή φαρμάκων, κάνοντας τις χημικές διεργασίες πολύ πιο αποτελεσματικές.
