Moleculen bespieden op de werkbank

Diffractie met behulp van röntgenstraling of elektronenbundels is van oudsher een geschikte methode om vastestofstructuren op te helderen, en met behulp van ultrasnelle pulstechnieken kunnen ook veranderingen in atomaire arrangementen worden gevolgd. Dat stelt wetenschappers in staat als een vlieg op de muur te zitten als er zich verschuivingen in de atomaire structuur voltrekken; dit soort experimenten leveren dan ook een schat aan nuttige nieuwe informatie op over een keur van materialen.

Jammer genoeg laten organische verbindingen – en dus de meeste biologische systemen – zich niet eenvoudig door dergelijke technieken analyseren. Ze sturen de straling maar matig terug en voeren warmte slecht af, terwijl ze gemakkelijk oververhit raken en ontleden. De pulsen moeten daarom extreem kort en helder zijn om er nuttige informatie aan te kunnen ontlenen. Doorgaans kunnen alleen ’extreme‘ bronnen als synchrotrons of vrije-elektronlasers dergelijke pulsen genereren.

Een internationaal gezelschap van onderzoekers onder aanvoering van Dwayne Miller van de University of Toronto heeft echter in een publicatie in Nature laten zien dat zelfs met desktopapparatuur zeer gedetailleerde ’filmpjes‘ van het kleinste kunnen worden gemaakt. Met een recentelijk ontwikkelde, zeer heldere bron schoten zij elektronen in pulsen van enkele honderden femtoseconden op een organisch zout dat door een vlak daarvoor erop geschoten lichtflits overgaat van een isolerende naar een metallisch geleidende toestand. Uit de verstrooide deeltjes reconstrueerden zij vervolgens wat er in het kristalrooster precies gebeurt. De laserpuls blijkt – via een overgangstoestand – een structuurverandering naar een hogere symmetrie te induceren, waardoor elektronen meer bewegingsruimte krijgen.