Moderne Infrastruktur für ultraschnelle atomare Phänomene

Es wurden zwei ultraschnelle Röntgenstrahllinien entwickelt, die in der Lage sind, Experimente mit Röntgenstrahlen im Bereich weniger Picosekunden und darunter durchzuführen. Diese werden nun auch für europäische Benutzer verfügbar gemacht.

Im Rahmen des FAMTO-Projekts konzentrierte man sich auf die Entwicklung ultraschneller Röntgenstrahlquellen und baute Geräte für ultraschnelle Röntgenstrahlen, um die Forschung voranzubringen. In dieser Hinsicht sind Anwendungsexperimente in der Biologie, Chemie und Festkörperphysik zur Analyse ultraschneller Atomreaktionen möglich.

Bis jetzt war der zeitliche Rahmen zur Untersuchung der Reaktionsdynamik auf wenige Picosekunden begrenzt. Diese Versuche zur zeitlichen Auflösung sollen mit Hilfe der neuen Röntgenstrahlquellen mit einer Impulsdauer im Femtosekunden-Bereich bedeutend optimiert werden. Interessant ist dabei, dass die neuartigen Tools Experimente zur Röntgenstrahlenbeugung und -absorption vereinfachen, wodurch eine eingehende Charakterisierung der Atomstrukturen ermöglicht wird, indem selbst sehr kurzlebige Reaktionszwischenprodukte verfolgt werden können. Dazu wurden zwei Strahlenlinien konstruiert, eine neue bei LLC/MAXLAB und eine modernisierte bei ESRF.

Die neue Strahlenlinie bietet eine verbesserte Strahlenzeit mit einer Laser-Impulsdauer von 20-30 Femtosekunden für Versuche mit ultraschnellen Röntgenstrahlen. Sie ist für Forscher über den Zugang zu Forschungsinfrastrukturen (LaserLab) oder Kollaborationsnetzen (FLASH) erhältlich. Die modernisierte Strahlenlinie verfügt über eine gesteigerte Leistung in Bezug auf die zeitliche Auflösung und die Röntgenstrahlungsintensität für die Probe. Im Einzelnen heißt das, dass die Laseranregung in einer optimierten Probenumgebung eine komplette Photolyse der Proben erstellen kann. Zusätzlich dazu wurde die zeitliche Auflösung des Röntgenstrahlimpulses auf wenige Picosekunden verbessert.

Beide Strahlenlinien könnten zur Visualisierung der strukturellen Dynamik im zeitlichen Rahmen unterhalb von Picosekunden bis hin zu Mikrosekunden genutzt werden. Darüber hinaus könnten sie auch für Studien biochemischer und verbrennungstechnischer Prozesse von Nutzen sein, insbesondere im Bereich der Rußbildung (Nanopartikel als Vorläufer des Rußes). Es werden weitere Möglichkeiten zur Zusammenarbeit mit Universitätsgruppen in den Bereichen Materialphysik, Chemie, Biochemie und Verbrennungsphysik gesucht – eventuell auch in Verbindung mit an der Verbrennung interessierten Automobilherstellern und KMU.