28.06.2018

Ehrung für Nachwuchsforscherin

Daniela Rupp erhält Karl-Scheel-Preis der Physikalischen Gesellschaft zu Berlin.

Mit dem diesjährigen Karl-Scheel-Preis würdigt die Physikalische Gesellschaft zu Berlin die Arbeiten von Daniela Rupp vom Max-Born-Institut für Nicht­lineare Optik und Kurzzeit­spektroskopie auf dem Gebiet der Wechsel­wirkung höchst­intensiver Röntgen­pulse mit Materie sowie der Abbildung einzelner Nano­teilchen und deren ultra­schneller Dynamik.

Abb.: Daniela Rupp (MBI)

Die Untersuchung der Wechselwirkung von intensiven, kurzwelligen Lichtpulsen mit Materie hat sich in den letzten Jahren zu einem sehr aktuellen, inter­disziplinären Forschungs­gebiet entwickelt. Dank der sehr kurzen Dauer der Licht­pulse von Freien-Elektronen-Lasern kann im fokussierten Licht­strahl im Röntgen­bereich erstmals eine extreme Leistungs­dichte erzielt werden. Die Kombination der extremen Leistungs­dichte und kurzer Wellen­länge verspricht eine einzig­artige Anwendung: die Abbildung von einzelnen Nano­teilchen und Makro­molekülen. Das Verfahren beruht darauf, eine Aufnahme so kurz zu belichten, dass sich die Schädigung der Probe nicht zeigt, weil sie verzögert eintritt. Welche Auflösung sich erzielen lässt, hängt daher entscheidend davon ab, wie stark die Probe durch den intensiven Licht­strahl geschädigt wird, so dass ein fundamentales Verständnis der licht­induzierten Dynamiken von zentralem Interesse ist.

Zwei neue experimentelle Methoden sind besonders erwähnenswert. Zum einen hat Frau Rupp einen neuen Ansatz realisiert, der eine Lösung für ein zentrales Problem bei der Abbildung der Dynamik von Nano­teilchen liefert. Nano­teilchen sind in der Regel nie identisch, doch die klassische Methode, die Veränderung mit Anrege-Abtast-Methoden abzubilden, liefert nur ein Bild des veränderten Zustands; der Ausgangs­zustand ist unbestimmt. Frau Rupp hat mit ihrem Team eine Apparatur aufgebaut, die den Licht­strahl in zwei Teil­strahlen aufteilt und gegen­einander verzögert, so dass dann auf zwei verschiedenen Detektoren jeweils ein Bild des ursprünglichen Teilchens und, zeitlich verzögert, ein zweites Bild aufgenommen werden können. Nimmt man eine Vielzahl von Bild­paaren bei verschiedenen Verzögerungen auf und sortiert die Aufnahmen anschließend nach identischen Ausgangs­bildern, gewinnt man so eine Art Film der zeitlichen Veränderung.

Zum anderen war die Abbildung von einzelnen Nano­partikeln bisher nur mit Freie-Elektronen-Lasern möglich. Mit einem inter­nationalen Forscher­team ist es nun Frau Rupp erstmals gelungen, einzelne Nano­partikel mit einer Labor­quelle abzubilden. Durch die geschickte Wahl von Parametern und Helium-Nano­tröpfchen als geeigneter Probe, gelang es ihr, nicht nur aus technischer Sicht ein Pionier­experiment durch­zuführen, sondern damit auch ein wissenschaftlich hoch­interessantes Ergebnis zu erzielen. Sie konnte mit ihrem Team zeigen, dass schnell rotierende Tröpfchen, statt einer oblaten, wagenrad­ähnlichen Form, eher prolate, zigarren­förmige Formen annehmen. Mit dem sehr erfolgreichen Experiment eröffnen sich ganz neue Forschungs­felder, denn Quellen auf der Basis von höheren Harmonischen liefern im Vergleich zu Freie-Elektronen-Lasern recht schwache, dafür aber sehr viel kürzere Pulse, bis hin zu Attos­ekunden, so dass erstmals die Elektronen­bewegung direkt abgebildet werden kann. Dieses richtungs­weisende Experiment war sicherlich auch ein wesentlicher Grund dafür, dass es ihr gelang, am Max-Born-Institut eine Leibniz-Nachwuchs­gruppe einzuwerben.

Thomas Möller vom Institut für Optik und Atomare Physik der Technischen Universität Berlin betont: „Frau Rupp hat gezeigt, dass sie eine hervorragende Nachwuchs­wissenschaftlerin ist. Sie hat in den letzten Jahren sehr originelle Ideen entwickelt und bewiesen, dass sie ein Forschungs­team sehr erfolgreich führen kann, indem es ihr gelang, die Ideen in erfolg­reichen Experimente umzusetzen. Sie zeigt eine besondere Kombination von exzellenter wissenschaftlicher Qualifikation, der Begeisterung für die Physik und der Fähigkeit zum Motivieren, Fordern und Fördern. Sie ist inzwischen in der universitären und außer­universitären Welt gleicher­maßen zu Hause und plant, sich in Kürze zu habilitieren.“

Daniela Rupp arbeitet seit September 2017 im Bereich A: Atto­sekunden­physik am Max-Born-Institut in Berlin. Nach dem Abschluss ihrer Promotion an der Technischen Universität Berlin im Mai 2013 war Frau Rupp fast 4,5 Jahre als Wissenschaftlerin mit Teamleitung in der Arbeitsgruppe von Möller an der Technischen Universität Berlin tätig. In dieser Zeit führte sie eine Reihe von Projekten durch, deren Ergebnisse das Verständnis der Abbildung und Wechselwirkung von Nano­teilchen mit intensiven Röntgen­pulsen voran­gebracht haben. So zeigte sich in den Arbeiten an freien Nano­partikeln, dass es möglich ist, aus einem einzigen Streubild die dreidimensionale Struktur und Orientierung einer Nano­struktur zu erhalten, wenn genügend Streu­signal in hohen Streu­winkeln aufgenommen werden kann.

In Frau Rupps Experimenten wurden neben den Ionen­spektren einzelner Cluster auch die Streubilder aufgenommen und so konnten die Cluster­größe und die Laser­intensität in jedem Ereignis abgelesen werden. In den nach diesen Größen sortierten Daten konnte sie einen bislang unbekannten Plasma-Heizprozess nachweisen. Mit ihren heutigen Kollegen am Max-Born-Institut gelang es ihr erstmalig, freie Nano­teilchen mit einer hoch­intensiven Laser­quelle in einem Labor­experiment direkt abzubilden.

Der Karl-Scheel-Preis wird seit mehr als fünfzig Jahren für eine heraus­ragende, in der Regel nach der Promotion entstandene wissenschaftliche Arbeit eines Mitgliedes der Gesellschaft vergeben. Dem Vermächtnis Karl Scheels folgend wird der Preis­trägerin oder dem Preis­träger anlässlich eines Fest­kolloquiums (Karl-Scheel-Sitzung) die Karl-Scheel-Medaille sowie ein Preisgeld in Höhe von 5.000 Euro überreicht.

DPG / DE

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