Le but de la « femtochimie » est de filmer et de contrôler des réactions chimiques avec de courts éclairs lumineux. En utilisant des impulsions laser consécutives, les liaisons atomiques peuvent être excitées avec précision et rompues à volonté. Jusque là, cela a été démontré pour des molécules sélectionnées. Des chercheurs de l'Université de Göttingen et de l'Institut Max Planck de chimie biophysique ont maintenant réussi à transférer ce principe à un solide, contrôlant sa structure cristalline à la surface. Les résultats ont été publiés dans la revue La nature .

L'équipe, dirigé par Jan Gerrit Horstmann et le professeur Claus Ropers, évaporé une couche extrêmement mince d'indium sur un cristal de silicium, puis refroidi le cristal à -220 degrés Celsius. Alors que les atomes d'indium forment des chaînes métalliques conductrices à la surface à température ambiante, ils se réorganisent spontanément en hexagones électriquement isolants à de si basses températures. Ce processus est connu sous le nom de transition entre deux phases - la métallique et l'isolant - et peut être commuté par des impulsions laser. Dans leurs expériences, les chercheurs ont ensuite illuminé la surface froide avec deux courtes impulsions laser et ont immédiatement observé la disposition des atomes d'indium à l'aide d'un faisceau d'électrons. Ils ont découvert que le rythme des impulsions laser a une influence considérable sur l'efficacité avec laquelle la surface peut passer à l'état métallique.

Cet effet peut s'expliquer par les oscillations des atomes à la surface, comme l'explique le premier auteur Jan Gerrit Horstmann :« Pour passer d'un état à l'autre, les atomes doivent se déplacer dans des directions différentes et, ce faisant, surmonter une sorte de colline, semblable à un tour de montagnes russes. Une seule impulsion laser ne suffit pas pour cela, cependant, et les atomes oscillent simplement d'avant en arrière. Mais comme un mouvement de bascule, une deuxième impulsion au bon moment peut donner juste assez d'énergie au système pour rendre la transition possible." Dans leurs expériences, les physiciens ont observé plusieurs oscillations des atomes, qui influencent la conversion de manières très différentes.

Leurs découvertes contribuent non seulement à la compréhension fondamentale des changements structurels rapides, mais aussi ouvrir de nouvelles perspectives pour la physique des surfaces. "Nos résultats montrent de nouvelles stratégies pour contrôler la conversion de l'énergie lumineuse à l'échelle atomique, " dit Ropers de la faculté de physique de l'université de Göttingen, qui est également directeur de l'Institut Max Planck de chimie biophysique. "Le contrôle ciblé des mouvements des atomes dans les solides à l'aide de séquences d'impulsions laser pourrait également permettre de créer des structures auparavant impossibles à obtenir avec des propriétés physiques et chimiques complètement nouvelles."