Les faisceaux laser peuvent être utilisés pour modifier les propriétés des matériaux de manière extrêmement précise. Ce principe est déjà largement utilisé dans des technologies telles que les DVD réinscriptibles. Cependant, les processus sous-jacents se déroulent généralement à des vitesses incroyablement rapides et à une si petite échelle qu'ils ont jusqu'à présent échappé à l'observation directe. Des chercheurs de l'Université de Göttingen et de l'Institut Max Planck (MPI) de chimie biophysique de Göttingen ont maintenant réussi à filmer, pour la première fois, la transformation laser d'une structure cristalline avec une résolution nanométrique et au ralenti dans un microscope électronique. Les résultats ont été publiés dans la revue Science .

L'équipe, qui comprend Thomas Danz et le professeur Claus Ropers, a profité d'une propriété inhabituelle d'un matériau composé de couches atomiquement minces d'atomes de soufre et de tantale. À température ambiante, sa structure cristalline est déformée en de minuscules structures ondulatoires :une « onde de densité de charge » se forme. A des températures plus élevées, une transition de phase se produit dans laquelle les ondes microscopiques d'origine disparaissent soudainement. La conductivité électrique change aussi radicalement, un effet intéressant pour la nano-électronique.

Dans leurs expériences, les chercheurs ont induit cette transition de phase avec de courtes impulsions laser et ont enregistré un film de la réaction d'onde de densité de charge. "Ce que nous observons, c'est la formation et la croissance rapides de minuscules régions où le matériau est passé à la phase suivante, " explique le premier auteur Thomas Danz de l'université de Göttingen. " Le microscope électronique à transmission ultrarapide développé à Göttingen offre aujourd'hui la résolution temporelle la plus élevée au monde pour une telle imagerie. " La particularité de l'expérience réside dans une technique d'imagerie nouvellement développée, qui est particulièrement sensible aux changements spécifiques observés dans cette transition de phase. Les physiciens de Göttingen l'utilisent pour prendre des images composées exclusivement d'électrons qui ont été dispersés par l'ondulation du cristal.

Leur approche de pointe permet aux chercheurs d'acquérir des connaissances fondamentales sur les changements structurels induits par la lumière. « Nous sommes déjà en mesure de transférer notre technique d'imagerie sur d'autres structures cristallines, " dit le professeur Claus Ropers, responsable de la nano-optique et de la dynamique ultrarapide à l'université de Göttingen et directeur du MPI pour la chimie biophysique. "De cette façon, nous répondons non seulement aux questions fondamentales de la physique du solide, mais aussi ouvrir de nouvelles perspectives pour les matériaux optiquement commutables à l'avenir, nano-électronique intelligente."