Des chercheurs de l'Université du Colorado à Boulder ont démontré l'utilisation du premier microscope optique ultrarapide au monde, leur permettant de sonder et de visualiser la matière au niveau atomique avec une vitesse époustouflante.

Le microscope optique ultrarapide assemblé par l'équipe de recherche est 1, 000 fois plus puissant qu'un microscope optique classique, a déclaré le professeur de physique CU-Boulder Markus Raschke, auteur principal de l'étude. Le taux de "cadre d'image", ou la vitesse capturée par l'équipe, est 1 000 milliards de fois plus rapide qu'un clin d'œil, permettant aux chercheurs de faire en temps réel, des films au ralenti de lumière interagissant avec des électrons dans des nanomatériaux - dans ce cas un mince film d'or.

"C'est la première fois que quelqu'un est capable de sonder la matière à son échelle naturelle de temps et de longueur, " a déclaré Raschke. " Nous avons imagé et mesuré les mouvements des électrons dans l'espace et le temps réels, et nous avons pu en faire un film pour nous aider à mieux comprendre les processus physiques fondamentaux."

Un article sur le sujet paraît dans le numéro du 8 février de Nature Nanotechnologie .

La matière est parfois décrite comme "l'étoffe de l'univers" - les molécules, atomes et particules chargées, ou des ions, qui composent tout autour de nous. La matière a plusieurs états, le plus solide, liquide et gazeux.

Selon les chercheurs de CU-Boulder, un certain nombre de processus importants comme la photosynthèse, conversion et utilisation de l'énergie, et les fonctions biologiques sont basées sur le transfert d'électrons et d'ions de molécule à molécule. L'équipe a utilisé une technique appelée "nanofocalisation plasmonique" pour focaliser des impulsions laser extraordinairement courtes dans de minuscules morceaux de film d'or à l'aide d'une pointe métallique de la taille d'un nanomètre.

"Notre étude fait passer la microscopie à l'échelle nanométrique au niveau supérieur, avec la possibilité de capturer des images détaillées évoluant sur des échelles de temps extrêmement rapides, " a déclaré Vasily Kravtsov, un étudiant diplômé de CU-Boulder en physique et premier auteur de l'article.

D'autres co-auteurs sur le Nature Nanotechnologie les articles incluent le chercheur postdoctoral CU-Boulder Ronald Ulbricht et l'ancienne chercheuse postdoctorale CU-Boulder Joanna Atkin, maintenant membre du corps professoral de l'Université de Caroline du Nord-Chapel Hill.

"Ce travail élargit la portée des microscopes optiques, " a déclaré Raschke. " En utilisant cette technique, les chercheurs peuvent imager les processus élémentaires dans des matériaux allant des électrodes de batterie aux cellules solaires, contribuant à améliorer leur efficacité et leur durée de vie."

Contrairement aux approches au microscope électronique, la nouvelle technique ne nécessite pas de techniques à ultra-vide et est particulièrement prometteuse pour l'étude de processus ultrarapides comme le transport de charge et d'énergie dans la matière molle, y compris les matières biologiques, dit Kravtsov.