Kimyasal reaksiyonları isteğe bağlı olarak yönlendirme hayali, fizik ve kimya dünyasının uzun süredir peşinde koştuğu bir hedef. Bu hedefe ulaşmanın yollarından biri, moleküllerin titreşim enerjisini hassas biçimde kontrol etmekten geçiyor. Bir molekül yeterince yüksek titreşim seviyelerine çıkarılırsa kimyasal bağları kırılabilir ya da reaksiyonun gidişatı değiştirilebilir.
Japonya'dan araştırmacılar, taramalı tünel mikroskobu (STM) ile oluşturulan plazmonik uç-yüzey nano boşluğunu kullanarak bu kontrolü nanometre ölçeğinde gerçekleştirmeyi başardı. Deneyde, platin kristal yüzeyine (Pt(111)) adsorplanmış karbon monoksit (CO) molekülleri hedef alındı. Kızılötesi lazer atımları aracılığıyla moleküller, tıpkı bir merdivenden çıkar gibi titreşim enerjisi seviyelerini adım adım tırmandı.
Araştırmanın öne çıkan teknik yeniliği, uç-geliştirilmiş toplam frekans üretimi (TE-SFG) yönteminin kullanılması. Bu optik teknik, STM ucunun yakınındaki güçlü elektromanyetik alan yoğunlaşmasından yararlanarak yüzeydeki moleküllerin titreşim sinyalini son derece hassas biçimde algılayabiliyor. Lazer enerjisi kademeli olarak artırıldığında, spektrumlarda 'sıcak bant' adı verilen yeni pikler sırayla belirdi; bu pikler, CO moleküllerinin 3. titreşim seviyesinden 4. seviyeye geçişini gözler önüne serdi.
Elde edilen veriler, optik Bloch denklemleri kullanılarak yapılan sayısal analizle de desteklendi. Model, deneysel gözlemlerin enerji bağımlılığını başarıyla yeniden ürettti ve sistemin fiziksel davranışını tutarlı biçimde açıkladı.
Bu çalışmanın önemi birkaç açıdan değerlendirilebilir. Birincisi, nanoskala bir ortamda titreşim merdiveninin deneysel olarak gözlemlenmesi teknik açıdan son derece zorlu bir başarı. İkincisi, TE-SFG yönteminin bu tür sistemleri incelemek için güçlü bir araç olduğu kanıtlandı. Üçüncüsü ve belki de en heyecan verici olanı, bu yaklaşımın ileride yüzey kimyasını atomik ölçekte kontrol etmek, katalizörler tasarlamak ya da nanofabrikasyon süreçlerini yönlendirmek gibi uygulamalara kapı aralayabilecek olması. Çalışma arXiv'de yayımlandı ve kimyasal fizik alanında önemli bir adım olarak değerlendiriliyor.