Ultraschnelle Atome in Echtzeit beobachten

Matthieu Nicoul, Dr. Klaus Sokolowski-Tinten, Professor Dietrich von der Linde und Professor Michael Horn-von Hoegen haben die Ergebnisse an einer neuartigen Röntgenquelle am Linearbeschleuniger SLAC erzielt. Sie steht im amerikanischen Stanford und kann intensive, superkurze Röntgenimpulse erzeugen, nämlich im Bereich von ein paar Millionstel einer Milliardstelsekunde.

Damit war es der Forschergruppe möglich, in Echtzeit die ultraschnelle Bewegung der schwingenden Atome in einem Wismut-Kristall zu untersuchen. Neu ist, dass sie jetzt zum ersten Mal auch die durch den Laser hervorgerufenen Veränderungen der Bindungskräfte zwischen den Atomen mit hoher Genauigkeit vermessen konnten. Ihre Ergebnisse wurden in der jüngsten Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins „Science“ veröffentlicht.

Professor von der Linde zur Bedeutung der aktuellen Untersuchungsreihe: „Wir sind mittendrin in einem sehr spannenden und viel versprechenden Zukunftsprojekt. Da von Anfang an aktiv mit dabei zu sein, darüber freuen wir uns!“ Für die Duisburg-Essener Forscher sind die neuen Ergebnisse besonders wertvoll. Zum einen wurde erneut die enorme Leistungsfähigkeit der Röntgenquelle SPPS, Sub-Picosecond Pulse Source, unter Beweis gestellt, so Dr. Klaus Sokolowski-Tinten aus der Forschergruppe. Zum anderen freut es ihn besonders, dass jetzt die Ergebnisse bestätigt und erfolgreich weitergeführt werden konnten, die bereits vor einigen Jahren in Essen mit viel schwächeren Kurzpuls-Laborröntgenquellen erzielt wurden.

Prof. von der Linde ergänzt: „Die Methode, einen Linearbeschleuniger zur Erzeugung von solch kurzen Röntgenimpulsen zu verwenden, ist vergleichsweise neu. Die Technik ist aber enorm wichtig für zukünftige Hochleistungs-Röntgenquellen nach dem Freie-Elektronen-Laser-Prinzip.“ Damit habe das neue Experiment, wie auch die früheren Experimente bei SPPS, an denen die Duisburg-Essener Physiker beteiligt waren, einen ganz wesentlichen Pilotcharakter für die Milliarden-schweren Projekte LCLS (ebenfalls bei SLAC in Stanford) und EURO-XFEL beim DESY in Hamburg.

„SPPS hat uns gezeigt, dass die neuen Methoden prinzipiell funktionieren und das erlaubt uns einen ersten Blick auf das, was in wenigen Jahren möglich sein wird“, so Dr. Sokolowski-Tinten. Denn mit den neuen Röntgenquellen wollen Forscher in Zukunft chemische Reaktionen filmen, die atomare Struktur von (Bio)Molekülen entschlüsseln und dreidimensionale Aufnahmen aus der Nanowelt machen.

Finanziell gefördert wurden die Arbeiten der Duisburg-Essener Physiker an der SPPS durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Sonderforschungsbereich 616 „Energiedissipation an Oberflächen“, Schwerpunktprogramm 1134 „Aufklärung transienter Strukturen in kondensierter Materie mit Ultrakurzzeit-Röntgenmethoden“) und die Europäische Union (Marie-Curie research and training network „FLASH“).

Redaktion: Beate H. Kostka, Tel 0203/379-2430
Weitere Infos: Dr. Klaus Sokolowski-Tinten, Tel.: 0203/379-4561, klaus.sokolowski-tinten@uni-due.de , Science, Vol. 315, Heft 5812, „Ultrafast Bond Softening in Bismuth: Mapping a Solid's Interatomic Potential with X-rays“