Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscherteam aus Berlin und Rostock beobachtet explodierende Xenon-Nanopartikel

11.10.2016

Röntgenlaser des Forschungszentrums DESY schafft neue Einblicke in die Wechselwirkung von Licht und Materie

Ein internationales Forscherteam um WissenschaftlerInnen der Technischen Universität Berlin und der Universität Rostock konnte mit dem Röntgenlaser FLASH (ein neuartiges Röntgen-Mikroskop des Forschungszentrums DESY in Hamburg) die ultraschnelle lichtgetriebene Explosion von Nanopartikeln aus Xenon beobachten. Die Untersuchung dieser sogenannten Xenon-Cluster liefert neue Einblicke in die fundamentale Wechselwirkung von intensivem Licht mit Materie, wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Physical Review Letters“ berichten.


Abb. 1: Explodierender Xenon-Cluster mit freigesetzten Elektronen (blau).

Bild: Uni Rostock / Thomas Fennel


Abb. 2: Mit den Röntgenblitzen des Röntgenlasers FLASH brachten die Forscher die Xenon-Cluster zur Explosion. Mit einem Ionenspektrometer konnten die Wissenschaftler die Explosionsbruchstücke beobachten.

Bild: Daniela Rupp / TU Berlin

„Cluster sind von grundlegender Bedeutung für diese Untersuchung“, erklären Daniela Rupp von der Technischen Universität Berlin und Thomas Fennel von der Universität Rostock. „Sie weisen eine hohe Dichte auf und sind in der Gasphase gleichzeitig sehr gut von der Umgebung isoliert, wodurch eine ungestörte Analyse möglich wird.“

Die Forscher erzeugten die Cluster, indem sie kaltes Xenon-Gas unter Druck ins Vakuum bliesen. „Dabei kühlt das Gas weiter ab, so dass sich zunächst Tröpfchen bilden, die gefrieren und weiter zusammenklumpen, ähnlich wie ein Hagelkorn“, beschreibt Rupp.

... mehr zu:
»Cluster »Elektronen »Energie »Explosion »Ionen »Plasma »desy

Diese etwa 400 Nanometer (millionstel Millimeter) kleinen Xenon-Nanopartikel beschossen die Forscher mit den ultrakurzen, intensiven FLASH-Laserblitzen, die für einige billiardstel Sekunden eine Intensität von bis zu 500 Billionen Watt pro Quadratzentimeter erreichten, erläutert Ko-Autor Rolf Treusch von DESY, Forschungskoordinator bei FLASH.

Zum Vergleich: Sonnenlicht hat auf dem Erdboden eine Intensität von etwa 0,1 Watt pro Quadratzentimeter. Der helle Strahlungsblitz entriss den Xenon-Atomen im Cluster zahlreiche Elektronen und es bildete sich ein Plasma – ein heißes Gas aus elektrisch geladenen Atomen, sogenannten Ionen, und darum herum flitzenden Elektronen (Abb. 1).

Die Physiker konnten in ihrer Versuchsanordnung (Abb. 2) die Entwicklung individueller Xenon-Cluster verfolgen und deren Größe sowie die genaue Energie bestimmen, mit der sie getroffen wurden. „Dies wurde möglich, da wir sowohl Momentaufnahmen der Cluster vor ihrer Zerstörung machen konnten, als auch die Ladungszustände der Bruchstücke nach der Explosion präzise vermessen", berichtet Rupp.

Bei diesen Untersuchungen identifizierten die Wissenschaftler unter anderem eine bislang nicht beachtete Heizung in dem Plasma: „Jedes Mal, wenn sich ein Elektron wieder mit einem Xenon-Atom verbindet, gibt es Energie an das umgebende Plasma ab”, erläutert Fennel. „Dadurch bekommen am Ende solche Xenon-Ionen, die nicht mit Elektronen rekombinieren, prozentual mehr Energie – die Elektronen heizen diese Ionen quasi auf.”

„Die Ergebnisse lassen sich hervorragend mit der Theorie vereinbaren“, erklärt Fennel weiter. „Berücksichtigt man in der Theorie diese sogenannte ‘Rekombinationsheizung’, beschreibt sie genau unsere Beobachtungen. In dieser Untersuchung ergänzen sich theoretische Physik und Experimentalphysik in ausgezeichneter Weise.”

Neben den WissenschaftlerInnen der TU Berlin, der Universität Rostock und bei DESY, waren an der Arbeit ForscherInnen von der La Trobe University in Australien, dem US-Forschungszentrum SLAC in Kalifornien, dem Helmholtz-Zentrum Berlin, der Universität Münster und dem Argonne National Laboratory in den USA beteiligt.

Kontakt:
Technische Universität Berlin
Dr. Daniela Rupp
Arbeitsgruppe „Cluster und Nanokristalle“
Institut für Optik und Atomare Physik
Tel.: 030 314 23008
daniela.rupp@physik.tu-berlin.de

www.cluster-ag.tu-berlin.de

Universität Rostock
Dr. Thomas Fennel
Arbeitsgruppe „Theoretische Clusterphysik und Nanophotonik“
Institut für Physik
Tel.: 0381 498 6815
thomas.fennel@uni-rostock.de

www.physik.uni-rostock.de/clustertheorie

Originalarbeit:
Recombination-enhanced surface expansion of clusters in intense soft X-ray laser pulses; Daniela Rupp, Leonie Flückiger, Marcus Adolph, Tais Gorkhover, Maria Krikunova, Jan Philippe Müller, Maria Müller, Tim Oelze, Yevheniy Ovcharenko, Benjamin Röben, Mario Sauppe, Sebastian Schorb, David Wolter, Rolf Mitzner, Michael Wöstmann, Sebastian Roling, Marion Harmand, Rolf Treusch, Mathias Arbeiter, Thomas Fennel, Christoph Bostedt, and Thomas Möller; „Physical Review Letters“, 2016

DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.153401

Weitere Informationen:

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.153401

Ingrid Rieck | Universität Rostock

Weitere Berichte zu: Cluster Elektronen Energie Explosion Ionen Plasma desy

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Freie Elektronen in Sonnen-Protuberanzen untersucht
25.07.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Magnetische Quantenobjekte im "Nano-Eierkarton": PhysikerInnen bauen künstliche Fallen für Fluxonen
25.07.2017 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Im Focus: Breitbandlichtquellen mit flüssigem Kern

Jenaer Forschern ist es gelungen breitbandiges Laserlicht im mittleren Infrarotbereich mit Hilfe von flüssigkeitsgefüllten optischen Fasern zu erzeugen. Mit den Fasern lieferten sie zudem experimentelle Beweise für eine neue Dynamik von Solitonen – zeitlich und spektral stabile Lichtwellen – die aufgrund der besonderen Eigenschaften des Flüssigkerns entsteht. Die Ergebnisse der Arbeiten publizierte das Jenaer Wissenschaftler-Team vom Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), dem Fraunhofer-Insitut für Angewandte Optik und Feinmechanik, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Helmholtz-Insituts im renommierten Fachblatt Nature Communications.

Aus einem ultraschnellen intensiven Laserpuls, den sie in die Faser einkoppeln, erzeugen die Wissenschaftler ein, für das menschliche Auge nicht sichtbares,...

Im Focus: Flexible proximity sensor creates smart surfaces

Fraunhofer IPA has developed a proximity sensor made from silicone and carbon nanotubes (CNT) which detects objects and determines their position. The materials and printing process used mean that the sensor is extremely flexible, economical and can be used for large surfaces. Industry and research partners can use and further develop this innovation straight away.

At first glance, the proximity sensor appears to be nothing special: a thin, elastic layer of silicone onto which black square surfaces are printed, but these...

Im Focus: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

IT-Experten entdecken Chancen für den Channel-Markt

25.07.2017 | Unternehmensmeldung

Erst hot dann Schrott! – Elektronik-Überhitzung effektiv vorbeugen

25.07.2017 | Seminare Workshops

Dichtes Gefäßnetz reguliert Bildung von Thrombozyten im Knochenmark

25.07.2017 | Biowissenschaften Chemie