Une équipe de recherche de l'Université de Tokyo a introduit une méthode puissante pour rompre activement les liaisons chimiques en utilisant des excitations dans de minuscules antennes créées par des lasers infrarouges. Ce processus peut avoir des applications dans toute la chimie comme moyen de diriger des réactions chimiques dans les directions souhaitées. En particulier, les réactions utilisées dans l'énergie, pharmaceutique, et les secteurs manufacturiers peuvent devenir beaucoup plus efficaces en augmentant les rendements tout en réduisant les déchets.

La chimie est une entreprise désordonnée, puisqu'il peut y avoir une variété de façons dont les produits chimiques de départ peuvent réagir, et chaque voie pourrait conduire à la formation d'un produit différent. Au cours des années, les chimistes ont développé de nombreux outils, notamment le changement de température, concentration, pH, ou solvant - pour pousser la réaction à maximiser le rendement des molécules souhaitées.

Cependant, si on leur donne la capacité de contrôler sélectivement la création ou la rupture de liaisons individuelles au sein d'une molécule, les scientifiques pourraient grandement améliorer l'efficacité de ces réactions, tout en minimisant les produits secondaires indésirables. "Être capable de contrôler les réactions chimiques au niveau moléculaire, c'est-à-dire la capacité de casser ou de former sélectivement des liaisons chimiques, est un objectif majeur pour les physiciens-chimistes, " dit le premier auteur Ikki Morichika.

Une façon de contrôler les liaisons rompues au cours d'une réaction chimique consiste à faire vibrer les molécules en les excitant avec une lumière laser infrarouge. Étant donné que chaque type de liaison chimique absorbe une longueur d'onde particulière de la lumière, ils peuvent être activés individuellement. Malheureusement, il est difficile de fournir suffisamment d'énergie dans tout l'échantillon pour générer l'intensité de vibration requise. L'équipe de l'Université de Tokyo a réussi à surmonter ce problème en fabriquant de minuscules antennes en or, chacun à peine 300 nanomètres de large, et en les illuminant avec des lasers infrarouges. Lorsque la lumière infrarouge de la bonne fréquence était présente, les électrons dans les antennes oscillaient d'avant en arrière en résonance avec les ondes lumineuses, qui a créé un champ électrique très intense.

Ce phénomène est appelé "résonance plasmonique, " et exige que les antennes aient juste la bonne forme et la bonne taille. La résonance plasmonique a concentré l'énergie du laser sur les molécules proches, qui a commencé à vibrer. La vibration a été encore amplifiée en façonnant la forme d'onde du laser infrarouge de sorte que la fréquence change rapidement dans le temps, rappelle le chant des oiseaux. "Cela a démontré avec succès que la combinaison de l'optique ultrarapide et de la nano-plasmonique est utile pour excitation vibrationnelle sélective, " dit l'auteur principal Satoshi Ashihara.

À l'avenir, cette technique peut être appliquée à la production de carburants plus propres ou de produits pharmaceutiques moins chers à mesure que les processus chimiques sont optimisés.