Onderzoekers van het Laboratory for Attosecond Physics aan de LMU en het Max Planck Institute for Quantum Optics hebben een microscoop ontwikkeld die de beweging van elektronen volgt.

De beweging van elektronen verloopt op tijdschalen variërend van enkele femtoseconden tot attoseconden. Hierdoor zijn ze niet waarneembaar voor het menselijk oog. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Laboratory for Attosecond Physics (LAP) aan de LMU en het Max Planck Institute for Quantum Optics (MPQ) in Garching, Duitsland, hebben samengewerkt met het Joint Attosecond Laboratory (JASLab) in Ottawa, Canada, om een ​​microscoop te ontwikkelen die de bewegingen van elektronen visualiseert. Met behulp van hun op laser gebaseerde methode, de wetenschappers kunnen nu filmen wat er in atomen of moleculen gebeurt, wanneer hun elektronen worden geëxciteerd door licht.

"De belangrijkste uitdaging bij het visualiseren van elektronen is hun snelheid, " legt Dr. Matthias Kübel uit, een voormalig lid van het team van professor Matthias Kling bij LMU. "Om hun beweging te volgen, we moeten het met zeer korte tussenpozen invriezen, zoals bij een hogesnelheidscamera. We deden dit door laserpulsen te gebruiken die minder dan vijf femtoseconden duurden, " voegt hij eraan toe. De onderzoekers pasten femtoseconde laserpulsen toe op argonatomen, waardoor het gedrag van hun elektronen verandert. "Het duurde minder dan 12 femtoseconden voordat de verdeling van de elektronen veranderde van de oorspronkelijke donutvorm in een pindavorm, " zegt Kübel. "Terwijl de elektronenbeweging extreem snel is, het is terugkerend, waardoor we de reproduceerbaarheid van onze methode kunnen bewaken."

Met behulp van hun microscoop, de wetenschappers lieten zien hoe de elektronen zijn verdeeld binnen een argon-ion, en hoe hun configuratie met de tijd verandert. Dit werd bereikt door nog twee laserpulsen te richten op de geëxciteerde argonionen die door de eerste werden gegenereerd. Volgens de kwantummechanica, deze laserpulsen creëren een replica van de elektronenwolk in de argonionen. Deze replica wordt afgebeeld op een gespecialiseerde elektronendetector. De afzonderlijke beelden worden vervolgens door een computer samengesteld om een ​​film van de elektronenbeweging op te halen. "Dit stelt ons in staat om te kijken wat er gebeurt in atomen of moleculen onmiddellijk nadat ze interactie hebben gehad met licht, " zegt Kübel. (LAP/LMU)