Laserstralen kunnen worden gebruikt om de eigenschappen van materialen op een uiterst nauwkeurige manier te veranderen. Dit principe wordt al veel gebruikt in technologieën zoals herbeschrijfbare dvd's. Echter, de onderliggende processen vinden doorgaans met zulke onvoorstelbaar hoge snelheden en op zo'n kleine schaal plaats dat ze tot nu toe aan directe waarneming zijn ontgaan. Onderzoekers van de Universiteit van Göttingen en het Max Planck Instituut (MPI) voor Biofysische Chemie in Göttingen zijn er nu in geslaagd om te filmen, Voor de eerste keer, de lasertransformatie van een kristalstructuur met nanometerresolutie en in slow motion in een elektronenmicroscoop. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

Het team, waaronder Thomas Danz en professor Claus Ropers, profiteerde van een ongebruikelijke eigenschap van een materiaal dat bestaat uit atomair dunne lagen zwavel- en tantaalatomen. Op kamertemperatuur, de kristalstructuur wordt vervormd tot kleine golfachtige structuren - er wordt een "ladingsdichtheidsgolf" gevormd. Bij hogere temperaturen, er treedt een faseovergang op waarbij de oorspronkelijke microscopische golven plotseling verdwijnen. De elektrische geleidbaarheid verandert ook drastisch, een interessant effect voor nano-elektronica.

In hun experimenten, de onderzoekers induceerden deze faseovergang met korte laserpulsen en namen een film op van de ladingsdichtheidsgolfreactie. "Wat we waarnemen is de snelle vorming en groei van kleine regio's waar het materiaal werd overgeschakeld naar de volgende fase, ", legt eerste auteur Thomas Danz van de universiteit van Göttingen uit. "De in Göttingen ontwikkelde ultrasnelle transmissie-elektronenmicroscoop biedt de hoogste tijdresolutie voor dergelijke beeldvorming in de wereld van vandaag." Het bijzondere van het experiment ligt in een nieuw ontwikkelde beeldvormingstechniek, die bijzonder gevoelig is voor de specifieke veranderingen die in deze faseovergang worden waargenomen. De natuurkundigen van Göttingen gebruiken het om beelden te maken die uitsluitend zijn samengesteld uit elektronen die zijn verstrooid door de golving van het kristal.

Hun baanbrekende aanpak stelt de onderzoekers in staat fundamentele inzichten te verwerven in door licht veroorzaakte structurele veranderingen. "We zijn al in een positie om onze beeldvormingstechniek over te dragen naar andere kristalstructuren, " zegt professor Claus Ropers, leider van Nano-Optics en Ultrafast Dynamics aan de Universiteit van Göttingen en directeur van de MPI voor Biophysical Chemistry. "Op deze manier, we beantwoorden niet alleen fundamentele vragen in de vastestoffysica, maar openen ook nieuwe perspectieven voor optisch schakelbare materialen in de toekomst, intelligente nano-elektronica."