Uno de los experimentos científicos más duraderos del "Santo Grial" ha sido el intento de observar directamente los movimientos atómicos durante los cambios estructurales. Esta perspectiva sustenta todo el campo de la química porque un proceso químico ocurre durante un estado de transición, el punto de no retorno que separa la configuración del reactivo de la configuración del producto.

¿Cómo se ve ese estado de transición y, dada la enorme cantidad de diferentes configuraciones nucleares posibles, ¿Cómo encuentra un sistema la manera de que esto suceda?

Ahora en el diario Letras de física aplicada , Los investigadores del Instituto Max Planck para la Estructura y la Dinámica de la Materia están informando fuentes de electrones "ultrabrillantes" con suficiente brillo para iluminar literalmente los movimientos atómicos en tiempo real, en una escala de tiempo de 100 femtosegundos, haciendo que estas fuentes sean particularmente relevantes para la química porque los movimientos atómicos ocurren en esa ventana de tiempo.

Después de ver las primeras películas atómicas de transiciones de fase en películas delgadas a granel que utilizan grupos de electrones de alta energía (100 kilovoltios), los investigadores se preguntaron si podrían lograr la resolución atómica de las reacciones superficiales, que ocurren dentro de las primeras monocapas de materiales, para obtener una mejor comprensión de la catálisis superficial.

Así que idearon un concepto de difracción de electrones resuelto en el tiempo de baja energía (1-2 kilovoltios) para usar fibra óptica para la miniaturización y la capacidad de estirar el pulso de electrones, a continuación, aplique la tecnología de cámara de racha para obtener potencialmente una resolución temporal de subpicosegundos, una hazaña difícil dentro del régimen de baja energía de electrones.

"Las primeras películas atómicas utilizan un enfoque estroboscópico similar a una vieja cámara de 8 milímetros, cuadro por cuadro, en el que un pulso de excitación láser activa la estructura, luego se usa un pulso de electrones para iluminar las posiciones atómicas, ", dijo el coautor Dwayne Miller." Creíamos que una cámara de racha podría obtener una película completa de una sola toma dentro de la ventana definida por el pulso de electrones deliberadamente estirado. Resuelve el problema de los números de electrones bajos y mejora en gran medida la calidad de la imagen ".

De las innumerables configuraciones nucleares posibles, el grupo descubrió que el sistema colapsa a solo unos pocos modos clave que dirigen la química y que se puede inferir una reducción en la dimensionalidad que ocurre en el estado de transición o en la región de cruce de barreras. "Lo vemos directamente con las primeras películas atómicas de cierre de anillo, transferencia de electrones y ruptura de enlaces, "dijo Miller.