Challenge #61

Eine neue Superzeitlupe entwickeln.

Wir treiben die Präzision unserer hochmodernen Röntgenlaser auf die Spitze: Die Reaktionen von Atomen und Molekülen dokumentieren sie dann nahezu in Echtzeit.

Sie zählen zu den weltweit wichtigsten Lasern für die Forschung: Unsere Teilchenbeschleuniger FLASH, FEMTOSPEX und European XFEL erzeugen ungemein intensive, ultrakurze Röntgenblitze. Mit ihnen lässt sich das Treiben im Mikrokosmos detailliert beobachten und regelrecht filmen: Moleküle brechen auf, Atome gehen Bindungen ein, Kristalle wechseln ihren Zustand. Diese rasanten Prozesse können unsere Wissenschaftler:innen heute schon bis auf einige Dutzend Femtosekunden (1 fs = 0,000 000 000 000 001 Sekunde) genau verfolgen – also gewissermaßen in der Superzeitlupe für die Nanowelt.

Wir arbeiten daran, diese Technik sogar noch zu verfeinern und zwar in den Bereich von Attosekunden: Eine Attosekunde ist das Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Sie verhält sich also zu einer Sekunde in etwa so wie eine Sekunde zu 32 Milliarden Jahren – selbst das Universum ist nur halb so alt. Durch diesen Zeitmaßstab können wir an den Helmholtz-Zentren DESY, Hereon und HZB die noch flinkeren Elektronen in Atomen und Molekülen verfolgen. Das verspricht hochinteressante Forschungsperspektiven: Wie zum Beispiel laufen die ersten atomaren Schritte der Fotosynthese im Detail ab? Wie könnte sie sich nutzen oder nachbilden lassen, etwa um Kraftstoffe und Chemikalien klima- und umweltfreundlich zu erzeugen? Und wodurch lassen sich chemische Reaktionen in eine gewünschte Richtung beeinflussen? Diese Geheimnisse der Nanowelt wären ohne unsere Extremzeitlupe nicht ergründbar.

(Headerbild: European XFEL/Jan Hosan)

Video: DESYs Röntgenlaser FLASH - High-Speed-Kamera für den Nanokosmos

Weitere Informationen:

Forschungsteam stoppt zeitlichen Abstand von Elektronen innerhalb eines Atoms (Meldung)

FLASH löst ultraschnelle Dynamik der Photokatalyse auf (Meldung)

Femtochip: auf dem Weg zu innovativen Lasern (Meldung)

Instrument an BESSY II zeigt, wie Licht MoS2-Dünnschichten katalytisch aktiviert (Meldung)

Laserinduzierte Spindynamik in Ferrimagneten: Wohin geht der Drehimpuls? (Meldung)

Molekularer Schutzmechanismus gegen lichtinduzierte Schädigungen endeckt (Meldung)

Einzelschritte der Photosynthese mit neuem Röntgenspektrometer beobachtet (Meldung)

Elektronische Prozesse während der Katalyse untersucht (Meldung)

Femto-Schnappschüsse von der Reaktionskinetik (Meldung)

Fachinformationen zu Femtospex an BESSY II (englisch)

Beteiligte Helmholtz-Zentren:

Deutsches Elektronen Synchrotron DESY

Helmholtz-Zentrum Hereon

Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB)

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