Gestauchte Elektronenwolken erzeugen starke Röntgenblitze

Einem Team von Forschenden von European XFEL und Desy ist es gelungen, die Forschung mit Röntgen­licht einen großen Schritt voranzubringen: Sie können in einer Sekunde Millionen leistungs­starker Röntgen­pulse erzeugen, die nur einige hundert Attosekunden lang sind. Diese Zeitskala ermöglicht Forschenden, schnellste Bewegungen – beispiels­weise von Elektronen in Atomen oder Molekülen zu erfassen. Die Forschenden haben nun einzelne Röntgenpulse mit Energien von über 100 Mikrojoule nachgewiesen. Umgerechnet auf die Attosekunden­zeitskala sind das kurz­fristig Leistungen von über eintausend Watt.

„Mit dieser einzigartigen Methode können wir schadensfreie Messungen von strukturellen und elek­tronischen Eigenschaften durchführen“, sagt Jiawei Yan, Physiker am European XFEL. „Dies ebnet den Weg für fort­schrittliche Studien wie die Atto­sekunden-Kristallo­graphie, mit der wir die elektronische Dynamik im realen Raum beobachten können.“ Herkömmliche Methoden zur Erzeugung ultrakurzer harter Röntgenpulse erforderten bislang eine drastische Reduzierung der Ladung in den Elektronenpaketen, was die Pulsenergie und den praktischen Nutzen begrenzte.

Das Team erreichte die hohen Werte, indem sie die Strahloptik eines speziellen Strahltransport­systems zu diesem Zweck optimierten. „Durch die Kombination ultrakurzer Pulse mit Megahertz-Wiederhol­raten können wir extrem schnell Daten sammeln und so Prozesse beobachten, die uns bisher verborgen blieben“, sagt Gianluca Geloni, Leiter der Gruppe „Freie Elektronen Laser“. „Diese Entwicklung verspricht, die Forschung in vielen wissen­schaftlichen Disziplinen zu verbessern, insbesondere bei Aufnahmen von Protein­molekülen oder Materialien im atomaren Maßstab sowie bei der Untersuchung nicht­linearer Phänomene.“

Europ. XFEL / JOL