CU-Boulder ultrahurtigt mikroskop bruges til at lave slowmotion elektronfilm

University of Colorado Boulder forskere har demonstreret brugen af ​​verdens første ultrahurtige optiske mikroskop, giver dem mulighed for at sondere og visualisere stof på atomniveau med sindbøjende hastighed.

Det ultrahurtige optiske mikroskop samlet af forskerholdet er 1, 000 gange stærkere end et konventionelt optisk mikroskop, sagde CU-Boulder fysik professor Markus Raschke, hovedforfatter på studiet. Raten for "billedramme", eller hastighed fanget af holdet, er 1 billion gange hurtigere end et øjenblink, giver forskerne mulighed for at lave realtid, slowmotion-film af lys, der interagerer med elektroner i nanomaterialer - i dette tilfælde en tynd guldfilm.

"Det er første gang nogen har været i stand til at undersøge stof på dets naturlige tids- og længdeskala, " sagde Raschke. "Vi afbildede og målte elektronernes bevægelser i virkeligt rum og tid, og vi var i stand til at lave den til en film for at hjælpe os med bedre at forstå de grundlæggende fysiske processer."

Et papir om emnet vises i 8. februar-udgaven af Natur nanoteknologi .

Stof bliver nogle gange beskrevet som "universets ting" - molekylerne, atomer og ladede partikler, eller ioner, der udgør alt omkring os. Materien har flere tilstande, mest fremtrædende solid, væske og gas.

Ifølge CU-Boulder-forskerne, en række vigtige processer som fotosyntese, energiomdannelse og brug, og biologiske funktioner er baseret på overførsel af elektroner og ioner fra molekyle til molekyle. Holdet brugte en teknik kaldet "plasmonisk nanofokusering" til at fokusere ekstraordinært korte laserimpulser til bittesmå stykker guldfilmmateriale ved hjælp af en nanometer-størrelse metalspids.

"Vores undersøgelse bringer mikroskopi i nanoskala til det næste niveau, med evnen til at tage detaljerede billeder, der udvikler sig på ekstremt hurtige tidsskalaer, " sagde Vasily Kravtsov, en CU-Boulder kandidatstuderende i fysik og første forfatter til papiret.

Andre medforfattere på Natur nanoteknologi Paper inkluderer CU-Boulder postdoc-forsker Ronald Ulbricht og tidligere CU-Boulder postdoc-forsker Joanna Atkin, nu fakultetsmedlem ved University of North Carolina-Chapel Hill.

"Dette arbejde udvider rækkevidden af ​​optiske mikroskoper, " sagde Raschke. "Ved at bruge denne teknik, forskere kan afbilde de elementære processer i materialer lige fra batterielektroder til solceller, hjælper med at forbedre deres effektivitet og levetid."

I modsætning til elektronmikroskoptilgange, den nye teknik kræver ikke ultrahøjvakuumteknikker og er særligt lovende til at studere ultrahurtige processer som ladning og energitransport i blødt stof, herunder biologiske materialer, sagde Kravtsov.