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 Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung