Ultrahurtig fiberbaseret elektronpistol til afsløring af atombevægelser

Et af de mest vedvarende "hellige gral" eksperimenter i videnskaben har været forsøg på direkte at observere atombevægelser under strukturelle ændringer. Denne udsigt understøtter hele kemifeltet, fordi en kemisk proces forekommer under en overgangstilstand - punktet uden retur adskiller reaktantkonfigurationen fra produktkonfigurationen.

Hvordan ser denne overgangstilstand ud, og i betragtning af det enorme antal forskellige mulige atomkonfigurationer, hvordan finder et system overhovedet en måde at få det til at ske?

Nu i journalen Anvendt fysik bogstaver , forskere ved Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter rapporterer "ultrabright" elektronkilder med tilstrækkelig lysstyrke til bogstaveligt talt at oplyse atombevægelser i realtid - i en tidsskala på 100 femtosekunder, gør disse kilder særligt relevante for kemi, fordi atomiske bevægelser forekommer i det tidsvindue.

Efter at have set de første atomare film af faseovergange i tynde film i bulk ved hjælp af højenergi (100 kilovolt) elektronbundter, forskerne spekulerede på, om de kunne opnå atomopløsning af overfladereaktioner - der forekommer inden for de første monolag af materialer - for at få en bedre forståelse af overfladekatalyse.

Så de udtænkte et lavenergi (1-2 kilovolt) tidsopløst elektrondiffraktionskoncept med at bruge fiberoptik til miniaturisering og evnen til at strække elektronimpulsen, Anvend derefter streak-kamerateknologi for potentielt at opnå subpicosecond temporal opløsning - en vanskelig bedrift inden for lavelektronenergiregimet.

"De første atomfilm anvender en stroboskopisk tilgang, der ligner et gammelt 8 millimeter kamera, ramme for ramme, hvor en laser -excitationspuls udløser strukturen, derefter bruges en elektronpuls til at oplyse atompositionerne, "sagde medforfatter Dwayne Miller." Vi troede på, at et streak-kamera kunne få en hel film i ét skud inden for vinduet defineret af den bevidst strakte elektronpuls. Det løser problemet med lave elektronantal og forbedrer billedkvaliteten i høj grad. "

Af de utallige mulige atomkonfigurationer, gruppen opdagede, at systemet kollapser til blot nogle få nøgletilstande, der styrer kemi, og at en reduktion i dimensionalitet, der opstår i overgangstilstanden eller barriereoverskridelsesregionen, kan udledes. "Vi ser det direkte med de første atomfilm om ringlukning, elektronoverførsel og bindingsbrydning, "sagde Miller.