艺术家对超快速透射电子显微镜中电荷密度波的印象。图片提供：Florian Sterl博士（Sterltech Optics）

来自哥廷根的物理学家首先成功地拍摄了具有极高时空分辨率的相变。

激光束可用于以极其精确的方式改变材料的性能。该原理已经在可擦写DVD等技术中广泛使用。但是，基本过程通常以如此之快的速度和如此之小的规模进行，以至于至今仍无法直接观察。哥廷根大学和哥廷根马克斯·普朗克生物物理化学研究所（MPI）的研究人员现在已经设法在电子显微镜下首次对具有纳米级分辨率和慢动作的晶体结构进行激光成膜。该结果已发表在《科学》杂志上。

包括托马斯·丹兹（Thomas Danz）和克劳斯·罗珀斯（Claus Ropers）教授在内的研究小组利用了由硫和钽原子的原子薄层组成的材料的非同寻常的特性。在室温下，其晶体结构会变形为微小的波状结构-形成“电荷密度波”。在较高的温度下，发生相变，其中原始的微观波突然消失。导电率也急剧变化，这对纳米电子学是一个有趣的影响。

在他们的实验中，研究人员用短激光脉冲诱导了这一相变，并记录了电荷密度波反应的薄膜。“我们观察到的是微小区域的快速形成和生长，在那里材料被转移到了下一阶段，”哥廷根大学的第一作者托马斯·丹兹解释说。“在哥廷根开发的超快速透射电子显微镜为当今世界的此类成像提供了最高的时间分辨率。” 实验的特点在于一项新开发的成像技术，该技术对在此相变过程中观察到的特定变化特别敏感。哥廷根的物理学家使用它来拍摄图像，该图像完全由晶体的波纹所散射的电子组成。

他们的前沿方法使研究人员可以对光引起的结构变化获得基本的见识。哥廷根大学纳米光学和超快动力学负责人，生物物理化学MPI主任克劳斯·罗珀斯教授说：“我们已经可以将成像技术转移到其他晶体结构中。” “通过这种方式，我们不仅回答了固态物理学中的基本问题，而且为未来的光开关材料，智能纳米电子学开辟了新的前景。”