美国能源部 (DOE) 布鲁克海文国家实验室的科学家制作了首部原子电影，展示了量子材料从绝缘体转变为金属时原子在局部如何重新排列。借助这些电影，研究人员发现了一种新的材料相，解决了多年的科学争论，并可能促进具有商业应用的新型过渡材料的设计。
这项研究最近发表在《自然材料》杂志上，标志着一项方法论上的成就;研究人员证明，一种称为原子对分布函数 (PDF) 分析的材料表征技术在 X 射线自由电子激光 (XFEL) 设施中是可行且成功的。
PDF 通常用于同步加速器光源实验，在此过程中，样品会受到 X 射线脉冲轰击。通过研究 X 射线衍射图与材料相互作用后的变化，科学家可以更好地了解这些材料的特性。但这些实验受到可产生的最短 X 射线脉冲的限制。
“这就像相机的快门速度，”该论文的共同第一作者杰克·格里菲斯 (Jack Griffiths) 解释道。“如果你拍摄的物体变化速度比相机的快门速度快，你的照片就会模糊。就像快速的快门速度一样，较短的 X 射线脉冲可以帮助我们更详细地观察快速变化的材料。”
这项研究进行时，格里菲思是布鲁克海文凝聚态物理和材料科学(CMPMS)系 X 射线散射组的博士后研究员，现在是国家同步加速器光源 II(NSLS-II)的博士后研究员，NSLS-II 是布鲁克海文实验室的美国能源部科学办公室用户设施。
同步加速器光源非常适合表征不会发生变化的材料或会在几分钟到几小时内发生变化的材料，例如电池的充电和放电。但这组科学家想要观察皮秒时间尺度上的材料变化。