Los electrones ultrabrillantes son una herramienta avanzada de obtención de imágenes atómicas que permite a los científicos ver átomos y moléculas en movimiento. [1] Fueron desarrollados en el Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia en Hamburgo, Alemania, y en la Universidad de Toronto con los equipos dirigidos por el profesor RJD Miller. [1]
El brillo de un haz de electrones se define para cualquier punto dado como la corriente por unidad de área normal a la dirección dada, por unidad de ángulo sólido. Matemáticamente, esto se define utilizando límites, ya que el área y el ángulo sólido tienden a 0. La fórmula general es:
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Un haz de electrones ultrabrillante se ha definido como aquel que tiene >10 A/cm^2 con una coherencia espacial de >1 nm. [1] Este nivel de energía en una coherencia tan pequeña es un gran problema técnico, no solo en la producción de dicho haz, sino también en cómo utilizar el haz sin destruir la muestra en el proceso de caracterización. [1] El problema singular de la destrucción de la muestra se solucionó estudiando reacciones que son fotoactivas y preparadas de tal manera que se reducen las barreras potenciales. [1]
En electrones no relativistas, los problemas para lograr un brillo ultra brillante se superaron utilizando el chirrido natural que se produce en los haces de electrones disparados. [1] Para aprovechar este chirrido, el cañón desarrollado se hizo lo más compacto posible con una lente magnética alrededor del espacio de radiofrecuencia (RF) del pulso de electrones. [1] Al continuar utilizando la compresión espacial junto con el chirrido del haz de electrones, el cañón pudo resolver en un marco de tiempo de 200 fs, con hasta 10^9 electrones/cm^2 y con suficiente coherencia para estudiar celdas unitarias de hasta 6 nm. [1] Se cree que esta técnica podrá avanzar al menos dos órdenes de magnitud en el futuro cercano. [1]
Este método se utilizó para observar la deslocalización de carga en la sal orgánica (EDO-TTF)2PF6 a medida que experimenta una transición de fase de aislante a metal fotoinducida. [3] El movimiento observado reveló la reducción de la dimensionalidad que tiene lugar en los momentos de transición en las reacciones químicas, lo que es un gran avance teórico en la comprensión de cómo puede haber patrones repetidos en la química entre moléculas de dimensiones muy diferentes. [1]
La espectroscopia electrónica ultrabrillante relativista se ha desarrollado rápidamente gracias al trabajo del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia en Hamburgo, Alemania, en la construcción del Cañón Electrónico Relativista para la Exploración Atómica (REGAE). [1] Esta herramienta ha permitido reducir en gran medida el problema de la dispersión de electrones mediante el uso de un gap de RF de una manera aún más efectiva que con las elecciones no relativistas, lo que ha permitido que el REGAE pueda investigar profundamente en muestras en el marco de tiempo de 10 fs con una coherencia espacial de >20 nm, lo que significa que puede usarse para estudiar los movimientos de proteínas. [1] [4]
Utilizando REGAE se observó en tiempo real la dinámica de cierre del anillo de diarileteno , y también reveló una reducción intensa en la dimensionalidad a medida que los núcleos pasaban por el punto de inflexión de la reacción. [1] [5]
