Uno dei più duraturi esperimenti del "Santo Graal" nella scienza è stato il tentativo di osservare direttamente i movimenti atomici durante i cambiamenti strutturali. Questa prospettiva è alla base dell'intero campo della chimica perché un processo chimico si verifica durante uno stato di transizione, il punto di non ritorno che separa la configurazione del reagente dalla configurazione del prodotto.

Che aspetto ha questo stato di transizione e, dato l'enorme numero di diverse possibili configurazioni nucleari, come fa un sistema a trovare un modo per farlo accadere?

Ora sul diario Lettere di fisica applicata , i ricercatori del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter stanno segnalando sorgenti di elettroni "ultrabrillanti" con una luminosità sufficiente per illuminare letteralmente i movimenti atomici in tempo reale, su una scala temporale di 100 femtosecondi, rendendo queste fonti particolarmente rilevanti per la chimica perché i movimenti atomici si verificano in quella finestra di tempo.

Dopo aver visto i primi film atomici di transizioni di fase in film sottili sfusi usando grappoli di elettroni ad alta energia (100 kilovolt), i ricercatori si sono chiesti se potevano ottenere la risoluzione atomica delle reazioni superficiali, che si verificano all'interno dei primi monostrati di materiali, per ottenere una migliore comprensione della catalisi superficiale.

Così hanno ideato un concetto di diffrazione elettronica risolta nel tempo a bassa energia (1-2 kilovolt) di utilizzare fibre ottiche per la miniaturizzazione e la capacità di allungare l'impulso di elettroni, quindi applicare la tecnologia della telecamera a strisce per ottenere potenzialmente una risoluzione temporale inferiore a un picosecondo, un'impresa difficile all'interno del regime a bassa energia elettronica.

"I primi film atomici utilizzano un approccio stroboscopico simile a una vecchia fotocamera da 8 millimetri, fotogramma per fotogramma, in cui un impulso di eccitazione laser innesca la struttura, quindi un impulso di elettroni viene utilizzato per illuminare le posizioni atomiche, ", ha detto il co-autore Dwayne Miller. "Credevamo che una telecamera a strisce potesse ottenere un intero film in una ripresa all'interno della finestra definita dall'impulso di elettroni deliberatamente allungato. Risolve il problema del basso numero di elettroni e migliora notevolmente la qualità dell'immagine."

Della miriade di possibili configurazioni nucleari, il gruppo ha scoperto che il sistema collassa a pochi modi chiave che dirigono la chimica e che si può dedurre una riduzione della dimensionalità che si verifica nello stato di transizione o nella regione di attraversamento della barriera. "Lo vediamo direttamente con i primi film atomici sulla chiusura dell'anello, trasferimento di elettroni e rottura del legame, " ha detto Miller.