激光控制纳米颗粒表面的催化反应，有望实现清洁能源生产的人为控制

       控制纳米颗粒的强磁场是触发其表面靶向分子反应的关键，而激光可以实现对这种强磁场的控制。虽然先前的研究已经观察到激光可以诱导纳米颗粒表面分子的成键和解耦合，但是精确控制纳米表面反应并未实现。

图1 飞秒激光脉冲场中的纳米粒子——特定波形和偏振态。在纳米颗粒的指定区域（黄色点）内，可控的电磁场诱导吸附表面的分子发生位置选择性光化学反应。通过对这些区域的分子分裂进行成像，以纳米分辨率对反应点位进行全光控制。（图片来源：RMT. Bergues）

       近日，由慕尼黑大学Boris Bergues博士和马克斯·普朗克量子光学研究所Matthias Kling教授带领的国际研究团队与斯坦福大学合作，共同打破了观察现象与人为控制之间的壁垒。在分离的二氧化硅纳米颗粒表面，这些物理学家首次利用超短激光脉冲确定了光诱导的分子反应位置。

       纳米粒子的表面非常热闹，熙熙攘攘：分子对接、化学结构溶解以及振动等景象。这些本征运动驱动了化学反应，物质发生变化，产生新物质。而该团队已经证明通过电磁场可以控制纳米宇宙中事件的发生。在单个纳米颗粒表面，他们利用高能的飞秒激光脉冲产生局域电磁场（1fs = 10-15 s）。

       此外，通过反应纳米镜，物理学家能够以20 nm以上分辨率，对硅纳米颗粒表面的反应位置和分子分裂地区进行成像。因此，两个脉冲之间的时间延迟要求阿秒级的精度设置（1 as = 10-3 fs）。当与参数匹配的光相互作用，纳米颗粒的表面和吸附的分子在目标位置被电离，导致分子解离为不同碎片。

       Matthias Kling教授说：“这种分子表面反应在纳米催化中起着重要作用，这可能是清洁能源产生的关键一环，特别是通过光催化分解水，产生氢气。”Boris Bergues博士补充道：“我们的研究结果也为追踪纳米颗粒上的光催化反应扫除了障碍，不仅具有纳米级空间分辨率，并且可以用飞秒时间分辨率追踪反应位置。这将在空间和时间维度上洞察详细的表面动态过程。”

       物理学家希望这种方法应用于更多复杂的分离纳米材料，以上研究成果发表在期刊《Optica》上。