Erstes erfolgreiches Experiment am SwissFEL

Wenn gleich das erste Experiment an einer neuen Groß­forschungs­anlage gelingt, gönnt man den Forschern ihre Freude. So ist es Ende November am neuen Freie-Elek­tronen-Röntgen­laser SwissFEL geschehen – ein großes Erfolgs­erlebnis für das PSI. Die Forscher des PSI haben gemein­sam mit einem Team der Uni Rennes in Frank­reich vom 27. November bis zum 4. Dezember das erste Pilot­experi­ment am SwissFEL durch­ge­führt. Das Experi­ment hatte ein klares, wissen­schaft­liches Ziel: Die elek­trischen und magne­tischen Eigen­schaften von Nano­kris­tallen aus Titan­pentoxid zu unter­suchen.

Titanpentoxid ist ein möglicher Kandidat für elektronische Bau­teile der Zukunft. Zum Beispiel für wieder­beschreib­bare Daten­speicher mit hoher Schreib­dichte. Die Nano­kristalle aus Titan­pentoxid lassen sich mit geeig­neten Laser­pulsen gezielt zwischen zwei Zuständen – elek­trisch leitend oder elek­trisch halb­leitend – ver­ändern. Genau diesen herbei­ge­führten Über­gang unter­suchten die Wissen­schaftler im ersten Experi­ment mit den hoch­energe­tischen Röntgen­licht­pulsen des SwissFEL.

Dieses und weitere Pilotexperimente dienen auch dazu, den Betrieb der gesamten Anlage immer wieder zu opti­mieren, bevor im Januar 2019 der reguläre Nutzer­betrieb am SwissFEL starten wird. „Nach vielen Jahren der Planung und des Auf­baus kennen wir alle Teile des 740 Meter langen SwissFEL in- und aus­wendig“, sagt Luc Patthey, Projekt­leiter für Photonik am SwissFEL. „Mit dem ersten Experi­ment mussten die Teile erst­mals wie in einem gigan­tischen Puzzle auch im Zusammen­spiel funktio­nieren und inein­ander­greifen. Es ist schön zu sehen, dass das gelungen ist. Denn das Ziel ist klar: Ab Ende 2018 wollen wir den Nutzern des SwissFEL eine Forschungs­platt­form von inter­natio­nalem Rang zur Ver­fügung stellen, die mit Schweizer Prä­zi­sion und Zuver­lässig­keit funktio­niert.“

Der SwissFEL wurde vor einem Jahr – im Dezember 2016 – offiziell ein­ge­weiht. Seit­her wurden nach und nach alle Kompo­nenten in Betrieb genommen und deren Ein­stel­lung opti­miert. Parallel dazu wurden die Experi­men­tier­stationen auf­ge­baut. An einer davon fand das erste Experi­ment statt. Insge­samt sind drei Phasen von Pilot­experi­menten geplant, die sich bis Ende 2018 er­strecken. „Parallel zu den Pilot­experi­menten wird die Energie und Leistung des SwissFEL erhöht“, erklärt Hans Braun, Projekt­leiter für den Beschleu­niger am SwissFEL. „Bis Sommer 2018 werden wir auch dieses Ziel erreicht haben.“

Der SwissFEL erzeugt kurze Pulse von Röntgenlicht mit Laser­eigen­schaften. Mit diesen Licht­pulsen lassen sich extrem schnelle Vor­gänge ver­folgen, darunter die Ent­stehung neuer Mole­küle bei chemi­schen Reak­tionen, die detail­lierte, sich ver­än­dernde Struktur lebens­wich­tiger Proteine oder der genaue Auf­bau von Materi­alien. Die Forscher werden am SwissFEL Ein­blicke gewinnen, wie sie mit bis­lang ver­füg­baren Methoden nicht möglich sind. Die Erkennt­nisse werden unser Ver­ständ­nis der Natur erweitern und zu prak­tischen Anwen­dungen führen wie etwa neuen Medi­ka­menten, effi­zien­teren Pro­zessen in der chemischen Industrie oder neuen Materi­alien in der Elek­tronik. Wie die anderen Groß­forschungs­anlagen des PSI wird auch der SwissFEL für externe Forscher zugäng­lich sein, wobei die Bedürf­nisse der Schweizer Hoch­schulen und der Industrie schon bei der Planung besonders berück­sich­tigt wurden. Welt­weit sind nur vier ver­gleich­bare Anlagen in Betrieb.

PS / RK