Boulder-onderzoekers van de Universiteit van Colorado hebben het gebruik aangetoond van 's werelds eerste ultrasnelle optische microscoop, waardoor ze materie op atomair niveau met verbijsterende snelheid kunnen onderzoeken en visualiseren.

De ultrasnelle optische microscoop die door het onderzoeksteam is samengesteld, is 1, 000 keer krachtiger dan een conventionele optische microscoop, zei CU-Boulder natuurkunde professor Markus Raschke, hoofdonderzoeksauteur. De "beeldframe"-snelheid, of snelheid vastgelegd door het team, is 1 biljoen keer sneller dan een oogwenk, waardoor de onderzoekers realtime, slow-motionfilms van licht dat interageert met elektronen in nanomaterialen - in dit geval een dunne gouden film.

"Dit is de eerste keer dat iemand materie kan onderzoeken op zijn natuurlijke tijd- en lengteschaal, " zei Raschke. "We hebben de bewegingen van elektronen in echte ruimte en tijd in beeld gebracht en gemeten, en we konden er een film van maken om ons te helpen de fundamentele fysieke processen beter te begrijpen."

Een paper over het onderwerp verschijnt in het nummer van 8 februari van Natuur Nanotechnologie .

Materie wordt soms beschreven als het "spul van het universum" - de moleculen, atomen en geladen deeltjes, of ionen, waaruit alles om ons heen bestaat. Materie heeft verschillende toestanden, meest opvallend solide, vloeistof en gas.

Volgens de CU-Boulder-onderzoekers, een aantal belangrijke processen zoals fotosynthese, energieomzetting en -gebruik, en biologische functies zijn gebaseerd op de overdracht van elektronen en ionen van molecuul naar molecuul. Het team gebruikte een techniek genaamd "plasmonische nanofocusing" om buitengewoon korte laserpulsen in kleine stukjes goudfilmmateriaal te focussen met behulp van een metalen punt van nanometerformaat.

"Onze studie brengt microscopie op nanoschaal naar een hoger niveau, met de mogelijkheid om gedetailleerde beelden vast te leggen die evolueren op extreem snelle tijdschalen, " zei Vasily Kravtsov, een CU-Boulder afgestudeerde student natuurkunde en eerste auteur van het artikel.

Andere co-auteurs op de Natuur Nanotechnologie paper omvatten CU-Boulder postdoctoraal onderzoeker Ronald Ulbricht en voormalig CU-Boulder postdoctoraal onderzoeker Joanna Atkin, nu een faculteitslid aan de Universiteit van North Carolina-Chapel Hill.

"Dit werk vergroot het bereik van optische microscopen, "zei Raschke. "Met behulp van deze techniek, onderzoekers kunnen de elementaire processen in materialen in beeld brengen, variërend van batterij-elektroden tot zonnecellen, helpen om hun efficiëntie en levensduur te verbeteren."

In tegenstelling tot elektronenmicroscoopbenaderingen, de nieuwe techniek vereist geen ultrahoogvacuümtechnieken en is vooral veelbelovend voor het bestuderen van ultrasnelle processen zoals lading en energietransport in zachte materie, inclusief biologische materialen, zei Kravtsov.