Stop-motionfilm toont springende elektronen

Elektronen vormen de basis van elektrische stroom, maar doordat de deeltjes zo klein en ongrijpbaar zijn kunnen ze moeilijk in beeld worden gebracht. Japanse fysici is het nu toch gelukt.

Dat elektronen – net als de meeste andere subatomaire deeltjes trouwens – nauwelijks rechtstreeks waargenomen kunnen worden doet er eigenlijk weinig toe. Want in hoofdzaak zijn het de eigenschappen van de deeltjes die voor ons van belang zijn, zoals de elektrische lading. En die zijn gemakkelijk meetbaar zonder op de deeltjes zélf te moeten inzoomen.

Toch is het soms handig te weten hoe elektronen zich precies in een materiaal gedragen. Vloeien ze vooral aan de randen (zoals bij geleiders het geval is), of nemen ze ergens een binnenweg? Maar bovenal is het vanuit zuiver wetenschappelijk oogpunt een hele uitdaging om een van de bekendste van de elementaire deeltjes voor de lens te krijgen.

Groepsfoto van elektronen

Japanse wetenschappers gespecialiseerd in spectroscopie (een techniek waarmee stoffen worden onderzocht op basis van hun interactie met licht en andere straling) hebben nu voor het eerst een mooie foto kunnen maken van een groepje elektronen – en dus, voor alle duidelijkheid, niet van een individueel elektron.

Ze deden dat door lichtdeeltjes af te vuren op een zonnecel, waarbij de elektronen in het materiaal in een hogere energietoestand komen om kort daarna weer terug te vallen in hun ‘onaangeslagen’ toestand. Bij die terugval zenden de elektronen op hun beurt fotonen uit, zodat ze eigenlijk hun plaats verraden. Door die fotonen op te vangen en ze lang genoeg op de filmplaat van een elektronenmicroscoop te laten inwerken kon een zichtbaar beeld worden gemaakt. Door de tijd tussen afgevuurde en opgevangen fotonen constant te houden wisten de onderzoekers zo één frame van hun latere elektronenfilm schieten – net als in een stop-motionfilm waar door statische frames achter elkaar te plakken een beweging wordt geënsceneerd.

Daarna herhaalden de onderzoeker alles hierboven voor verschillende tijdsintervallen tussen de fotonen, zodat ze een goed beeld kregen van de verplaatsing van de elektronen in de zonnecel zowel in de tijd als in de ruimte. (sst)

Keshav Dani, Okinawa Institute of Science and Technology, Japan in Nature Nanotechnology