Laserstrålar kan användas för att ändra egenskaper hos material på ett extremt exakt sätt. Denna princip används redan i stor utsträckning i tekniker som omskrivningsbara DVD-skivor. Dock, de bakomliggande processerna sker i allmänhet med så ofattbart snabba hastigheter och i så liten skala att de hittills har undgått direkt observation. Forskare vid universitetet i Göttingen och Max Planck-institutet (MPI) för biofysikalisk kemi i Göttingen har nu lyckats filma, för första gången, laseromvandlingen av en kristallstruktur med nanometerupplösning och i slow motion i ett elektronmikroskop. Resultaten har publicerats i tidskriften Vetenskap .

Laget, som inkluderar Thomas Danz och professor Claus Ropers, utnyttjade en ovanlig egenskap hos ett material som består av atomärt tunna lager av svavel- och tantalatomer. Vid rumstemperatur, dess kristallstruktur förvrängs till små vågliknande strukturer - en "laddningsdensitetsvåg" bildas. Vid högre temperaturer, en fasövergång sker där de ursprungliga mikroskopiska vågorna plötsligt försvinner. Den elektriska ledningsförmågan förändras också drastiskt, en intressant effekt för nanoelektronik.

I deras experiment, forskarna inducerade denna fasövergång med korta laserpulser och spelade in en film av laddningsdensitetsvågreaktionen. "Vad vi observerar är den snabba bildningen och tillväxten av små regioner där materialet byttes till nästa fas, " förklarar första författaren Thomas Danz från Göttingens universitet. "Det ultrasnabba transmissionselektronmikroskopet som utvecklats i Göttingen erbjuder den högsta tidsupplösningen för sådan avbildning i världen idag." Det speciella med experimentet ligger i en nyutvecklad avbildningsteknik, som är särskilt känslig för de specifika förändringar som observeras i denna fasövergång. Göttingen-fysikerna använder den för att ta bilder som uteslutande består av elektroner som har spridits av kristallens vågighet.

Deras banbrytande tillvägagångssätt gör det möjligt för forskarna att få grundläggande insikter i ljusinducerade strukturella förändringar. "Vi är redan i stånd att överföra vår bildteknik till andra kristallstrukturer, säger professor Claus Ropers, ledare för nanooptik och ultrasnabb dynamik vid Göttingens universitet och direktör vid MPI för biofysisk kemi. "På det här sättet, vi svarar inte bara på grundläggande frågor inom fast tillståndets fysik, men också öppna nya perspektiv för optiskt omkopplingsbara material i framtiden, intelligent nanoelektronik."