I raggi laser possono essere utilizzati per modificare le proprietà dei materiali in modo estremamente preciso. Questo principio è già ampiamente utilizzato in tecnologie come i DVD riscrivibili. Però, i processi sottostanti hanno generalmente luogo a velocità così inimmaginabilmente elevate e su così piccola scala che finora sono sfuggiti all'osservazione diretta. I ricercatori dell'Università di Göttingen e dell'Istituto Max Planck (MPI) per la chimica biofisica di Göttingen sono ora riusciti a filmare, per la prima volta, la trasformazione laser di una struttura cristallina con risoluzione nanometrica e al rallentatore in un microscopio elettronico. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Scienza .

Il gruppo, che include Thomas Danz e il professor Claus Ropers, ha sfruttato una proprietà insolita di un materiale costituito da strati atomicamente sottili di atomi di zolfo e tantalio. A temperatura ambiente, la sua struttura cristallina è distorta in minuscole strutture ondulate:si forma un'"onda di densità di carica". A temperature più elevate, avviene una transizione di fase in cui le onde microscopiche originarie scompaiono improvvisamente. Anche la conduttività elettrica cambia drasticamente, un effetto interessante per la nanoelettronica.

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno indotto questa transizione di fase con brevi impulsi laser e hanno registrato un film della reazione dell'onda di densità di carica. "Ciò che osserviamo è la rapida formazione e crescita di minuscole regioni in cui il materiale è passato alla fase successiva, " spiega il primo autore Thomas Danz dell'Università di Göttingen. "Il microscopio elettronico a trasmissione ultraveloce sviluppato a Göttingen offre la più alta risoluzione temporale per tale imaging oggi al mondo." La particolarità dell'esperimento risiede in una tecnica di imaging di nuova concezione, che è particolarmente sensibile ai cambiamenti specifici osservati in questa transizione di fase. I fisici di Göttingen lo usano per scattare immagini composte esclusivamente da elettroni che sono stati dispersi dall'ondulazione del cristallo.

Il loro approccio all'avanguardia consente ai ricercatori di acquisire informazioni fondamentali sui cambiamenti strutturali indotti dalla luce. "Siamo già in grado di trasferire la nostra tecnica di imaging ad altre strutture cristalline, "dice il professor Claus Ropers, leader di Nano-Ottica e Dinamica Ultraveloce presso l'Università di Göttingen e Direttore presso l'MPI per la Chimica Biofisica. "In questo modo, non solo rispondiamo a domande fondamentali nella fisica dello stato solido, ma aprono anche nuove prospettive per i materiali otticamente commutabili in futuro, nanoelettronica intelligente”.