Ett av de mest bestående "Holy Grail" -experimenten inom vetenskapen har varit försök att direkt observera atomrörelser under strukturförändringar. Denna prospekt ligger till grund för hela kemifältet eftersom en kemisk process inträffar under ett övergångstillstånd - punkten för ingen retur som skiljer reaktantkonfigurationen från produktkonfigurationen.

Hur ser det övergångstillståndet ut och med tanke på det enorma antalet olika möjliga kärnkonfigurationer, hur hittar ett system ens ett sätt att få det att hända?

Nu i tidningen Tillämpad fysikbokstäver , forskare vid Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter rapporterar "ultralätta" elektronkällor med tillräcklig ljusstyrka för att bokstavligen tända atomrörelser i realtid - i en tidsskala på 100 femtosekunder, vilket gör dessa källor särskilt relevanta för kemi eftersom atomrörelser inträffar i det tidsfönstret.

Efter att ha sett de första atomfilmerna av fasövergångar i tunnfilm i bulk med hög energi (100 kilovolt) elektronbuntar, forskarna undrade om de kunde uppnå atomupplösning av ytreaktioner - som förekommer inom de första monoskikten av material - för att få en bättre förståelse av ytkatalys.

Så de utarbetade ett lågenergi (1-2 kilovolt) tidsupplöst elektrondiffraktionskoncept för att använda fiberoptik för miniatyrisering och förmågan att sträcka elektronpulsen, Tillämpa sedan streak-kamerateknik för att eventuellt få subpikosekundens tidsupplösning-en svår bedrift inom energin med låga elektroner.

"De första atomfilmerna använder en stroboskopisk metod som liknar en gammal 8-millimeter kamera, ram för ram, där en laser -excitationspuls utlöser strukturen, då används en elektronpuls för att lysa upp atomlägena, "sa medförfattaren Dwayne Miller." Vi trodde att en strimmakamera kunde få en hel film i ett skott inom fönstret som definieras av den avsiktligt sträckta elektronpulsen. Det löser problemet med låga elektronantal och förbättrar bildkvaliteten avsevärt. "

Av de otaliga möjliga kärnkonfigurationerna, gruppen upptäckte att systemet kollapsar till bara några få nyckelätt som styr kemi och att en minskning av dimensionen som uppstår i övergångstillståndet eller barriärkorsningsregionen kan utläsas. "Vi ser det direkt med de första atomfilmerna med ringslutning, elektronöverföring och bindningsbrytning, sa Miller.