許多天然和合成化學系統在某些光的存在下反應并改變它們的性質。對于普通儀器來說，這些反應可能發生得太快。研究人員首次采用了一種新技術來觀察高速反應。用這種方法觀察到的一種特殊反應可能導致新的光學納米技術。

在化學中，分子可以以不同的方式被操縱以產生不同的東西。例如，異構化是改變分子排列但原樣離開組成原子的過程。該過程存在于自然系統中，例如眼睛的視網膜，以及諸如某些化學合成的人工系統。在許多情況下，異構化基本上使得分子的特定區域或多或少有序。

光致異構化是一種異構化，其被光激活并且比眨眼更快地發生。來自化學系的Takashi Kato教授及其同事將化學化合物偶氮苯的液晶分子置于特定頻率的紫外光下。單個偶氮苯分子的光異構化通常在數百飛秒(千萬億分之一秒)的時間尺度上發生。這通常需要你眨眼的時間大約是十億分之一到萬億分之一!研究人員發現，這種分子會在數百皮秒(萬億分之一秒)的時間尺度上觸發液晶中的分子相互作用。

“我們已經展示了如何在紫外光照射的過程中將偶氮苯分子的形狀從直桿形狀改變為略微彎曲的形狀。這種彎曲可以轉化為某種機械或電子功能，”加藤說。“反應通過樣品中的相鄰分子傳播，這意味著它是一個非常有效的過程。”

然而，這種反應并非孤立地發生; 它發生在軟物質樣本中，其功能取決于組成分子及其行為。在這種情況下，軟物質可能意味著從人造肌肉到柔性攝影傳感器甚至是尚未想象的東西。重要的事實是，通常只需幾百飛秒的初始反應在大約一百皮秒內啟動周圍軟物質的響應，并且這樣做效率很高。

“這是在軟物質中觀察到的最快的分子間運動。事實上，我們想要觀察到的是如此之快，我們必須使用一些非常專業的方法來獲取數據并可視化在這些微不足道的時間框架內發生的事情，”Kato繼續說道。“如果沒有一些由我的同事Tsukuba大學副教授Masaki Hada制作的獨特的手工光譜儀器，這是不可能的。”

這種方法被稱為超快瞬態透射光譜法，它是記錄分子樣品組成的準確方法，和超快時間分辨電子衍射，類似于X射線，是如何觀察反應圖像的。請注意，這兩種方法都被稱為“超快速”，這只是表明其他方法不足以用研究人員所需的時間分辨率來捕獲數據。

“自從我還是一名研究生以來，我作為一名化學家從事有序分子組裝，如自組裝系統已有35年以上的研究經驗。這項研究推動了光響應分子在軟物質中的基本化學以及它們的超快速光機械應用，”加藤總結道。“對于我自己和同事來說，開展這類項目真是一種特權。我們希望這可能有助于設計基于分子的材料，如軟體機制和光功能材料。”