Миниатюрные антенны улучшат химические реакции

Исследователи из Токийского университета представили мощный метод для активного разрушения химических связей, использующий возбуждение миниатюрных антенн, вызванное инфракрасными лазерами.

Подход поможет направлять химические реакции. Он обеспечит повышение эффективности энергетических, фармацевтических и производственных процессов, уменьшая количество отходов, сообщает sciencedaily.com. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.

Стартовые химикаты могут взаимодействовать по-разному. Каждая реакция способна привести к формированию другого продукта. За годы химики разработали множество инструментов, включая изменение температуры, концентрации, рН или растворителя, для увеличения выхода целевых молекул. Возможность избирательно контролировать формирование связи в них дополнительно повысит эффективность реакций, минимизируя объем побочных продуктов.

«Управление процессами на молекулярном уровне – основная цель физической химии», — сказал первый автор работы, Икки Моричика.

Один из способов контроля – заставить молекулы вибрировать, возбуждая их инфракрасным лазером. Каждый тип химической связи поглощает определенную длину волны света, что позволяет активировать их индивидуально. Но сложно доставить достаточно энергии сквозь образец для генерирования вибраций нужной интенсивности. Исследователи из Токийского университета преодолели это препятствие, изготовив миниатюрные золотые антенны, шириной 300 нм каждая. В присутствии инфракрасного лазерного луча правильной частоты, электроны в изделии начинают колебаться в резонансе с волнами света, создавая интенсивное электрическое поле.

Феномен называется плазмонным резонансом. Он требует правильной формы и размера антенн. Плазмонный резонанс фокусирует лазерную энергию на соседних молекулах, которые начинают вибрировать. Процесс стимулируется изменением формы волны. Частота быстро скачет, напоминая щебетание птиц.

«Это успешно демонстрирует, что комбинация сверхбыстрой оптики и нано-плазмоники используется для эффективного, избирательного вибрационного возбуждения», — сказал старший автор, Сатоши Ашихара.

В будущем техника может использоваться для получения более чистого топлива и дешевых фармацевтических средств за счет оптимизации химических процессов.