雷根斯堡大学 超快扫描隧道显微镜的尖端(左上角)悬浮在分子开关(底部，相连的红色和黑色球体)上
超快原子力(冲击波)诱导分子的选定原子(红色球体)剧烈运动，以控制其在超快时间尺度上的反应性
信用:布拉德·巴克利(部分洞
允许对本研究进行报告 来自雷根斯堡和苏黎世的科学家们发现了一种神奇的方法，可以用可控的力快速推动原子，使它们能够在不到万亿分之一秒的时间内编排单个分子的运动
他们独特的超快显微镜的极其锋利的针作为技术基础:它仔细扫描分子，类似于一个唱机
雷根斯堡大学的物理学家现在表明，将光脉冲照射到这根针上，可以把它变成一只超快的“原子之手”
“这使得分子可以被操纵——新技术可以被激发
原子和分子是我们周围几乎所有物质的组成部分
它们根据量子力学的规则相互作用，形成具有无限多种功能的复杂系统
为了研究化学反应、细胞中的生物过程或获取太阳能的新方法，科学家不仅喜欢观察单个分子，甚至喜欢控制它们
最直观的是，人们通过触觉探索来学习，比如推、拉或敲
自然，我们习惯于宏观物体，我们可以通过施加力来直接触摸、挤压或轻推这些物体
同样，原子和分子通过力相互作用，但这些力在多个方面是极端的
首先，作用在原子和分子之间的力以极小的长度出现
事实上，这些物体如此之小，以至于引入了一种特殊的长度标尺来测量它们:1英寸(1英寸= 0
000，000，000，1米)
第二，与此同时，原子和分子以极快的速度运动和摆动
事实上，它们的运动速度超过皮秒(1 ps = 0
000，000，000，001 s)
因此，为了在分子运动过程中直接操纵分子，需要一种工具来产生原子尺度的超快力
超快时标 30多年前，艾格勒和施韦泽证明了用扫描隧道显微镜可以对单个原子施加静态力
在这样的显微镜中，一根极其锋利的针被用来通过扫描原子和分子来感知它们，类似于一台唱机
来自雷根斯堡和苏黎世的一组科学家现在已经解决了这一挑战，即使这种力足够快，以在分子运动过程中直接操纵分子，从而操纵反应和跃迁
鲁珀特·胡贝尔和贾斯查·雷普周围的雷根斯堡团队建立在一台世界独一无二的超快显微镜上，该显微镜将飞秒激光脉冲与扫描隧道显微镜相结合，能够对单个分子成像，从而获得超快时间尺度
研究小组表明，由于光是一种电磁波，它的振荡载波可以起到超快力的作用，甚至比光场的一个振荡周期还要快
当他们将超快光波应用于显微镜的原子针时，他们确实可以在分子的个别区域局部施加超快力
这项新研究的第一作者张秀坤·佩勒解释说:“通过这种方式，我们可以用暴露在光线下的针作为超快原子尺度的‘手’，推动分子中的单个原子。”
研究小组观察到，超快原子力足以引发分子振动
这种运动如此剧烈，以至于分子的转换概率改变了39%
张秀坤·佩勒说，他对此印象深刻:“我们可以随意控制振动的幅度和方向，从而在飞秒尺度上调节分子的反应概率
" 对分子反应的控制 此外，事实证明，只有当“原子之手”向分子的特定区域施加超快力时，它才会引发振动运动
该小组从与苏黎世的尼古拉·摩尔进行的量子力学计算的比较中了解到，这是因为分子通过关键原子钩入表面
只有当对这些特定的原子施加超快力时，科学家才能有选择地控制分子的振动
这一发展最终以最直接的方式提供了对分子反应的控制
超快原子力有望帮助理解和操纵化学和生物学中的关键过程，激发基于单分子器件的未来技术
这样，物质基本成分的无处不在的超快运动不仅可以被观察到，而且可以以前所未有的精度得到控制和利用
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