Um dos experimentos mais duradouros do "Santo Graal" na ciência tem sido as tentativas de observar diretamente os movimentos atômicos durante as mudanças estruturais. Essa perspectiva sustenta todo o campo da química porque um processo químico ocorre durante um estado de transição - o ponto sem retorno que separa a configuração do reagente da configuração do produto.

Como é esse estado de transição e, dado o enorme número de diferentes configurações nucleares possíveis, como um sistema encontra uma maneira de fazer isso acontecer?

Agora no jornal Cartas de Física Aplicada , pesquisadores do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria estão relatando fontes de elétrons "ultrabright" com brilho suficiente para iluminar literalmente os movimentos atômicos em tempo real - em uma escala de tempo de 100 femtossegundos, tornando essas fontes particularmente relevantes para a química porque os movimentos atômicos ocorrem nessa janela de tempo.

Depois de ver os primeiros filmes atômicos de transições de fase em filmes finos em massa usando feixes de elétrons de alta energia (100 quilovolts), os pesquisadores se perguntaram se eles poderiam alcançar a resolução atômica das reações de superfície - ocorrendo nas primeiras monocamadas de materiais - para obter uma melhor compreensão da catálise de superfície.

Então, eles desenvolveram um conceito de difração de elétrons resolvido no tempo de baixa energia (1-2 quilovolts) usando fibra óptica para miniaturização e a capacidade de esticar o pulso de elétrons, em seguida, aplique a tecnologia de câmera em sequência para obter uma resolução temporal de subpicosegundos - uma façanha difícil dentro do regime de energia de baixo elétron.

"Os primeiros filmes atômicos usam uma abordagem estroboscópica semelhante a uma velha câmera de 8 milímetros, quadro por quadro, em que um pulso de excitação de laser aciona a estrutura, então, um pulso de elétron é usado para iluminar as posições atômicas, "disse o co-autor Dwayne Miller." Acreditávamos que uma câmera de streak poderia obter um filme inteiro em uma tomada dentro da janela definida pelo pulso de elétron deliberadamente esticado. Ele resolve o problema de baixos números de elétrons e melhora muito a qualidade da imagem. "

Da miríade de configurações nucleares possíveis, o grupo descobriu que o sistema entra em colapso para apenas alguns modos-chave que direcionam a química e que uma redução na dimensionalidade que ocorre no estado de transição ou região de cruzamento de barreira pode ser inferida. "Vemos isso diretamente com os primeiros filmes atômicos de fechamento de anéis, transferência de elétrons e quebra de ligação, "disse Miller.