Hochintensive Laserquelle bildet freie Nanoteilchen ab

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt des Max-Born-Instituts für nicht­lineare Optik und Kurz­zeit­spektro­skopie, der TU Berlin und der Uni Rostock ist es erst­mals gelungen, freie Nano­teil­chen mit einer hoch­inten­siven Laser­quelle in einem Labor­experi­ment abzu­bilden. Die detail­reiche Darstel­lung der extrem kleinen Struk­turen mit Hilfe ein­zelner Beugungs­bilder war bis­lang nur an Groß­forschungs­ein­rich­tungen mit­hilfe von Freie-Elek­tronen-Lasern möglich. Die weg­weisenden Ergeb­nisse ermög­lichen die hoch­effi­ziente Charak­teri­sierung der chemischen, optischen und struk­tu­rellen Eigen­schaften von ein­zelnen Nano­partikeln.

In dem Laborexperiment hat das Forscherteam Heliumgas einge­setzt, das – auf niedrigste Tempera­turen herunter­gekühlt – in einen supra­flüssigen Zustand über­geht und beim Zer­stäuben Nano­tröpfchen bildet. „Diese winzigen Tröpf­chen haben wir mit ultra­kurzen Röntgen­blitzen durch­leuchtet und das gestreute Laser­licht als Schnapp­schuss auf einem Flächen­detektor aufge­zeichnet“, erklärt Daniela Rupp vom MBI. Rupp war bis Sommer 2017 an der TU Berlin tätig. Jetzt baut sie am MBI eine Nach­wuchs­gruppe auf, in der sie ihre Forschung zu Einzel­partikel-Abbil­dung mit kurzen und inten­siven extrem-ultra­violetten Licht­pulsen fort­setzt.

„Zum Erfolg der Experimente haben die hochintensiven Röntgen­blitze aus der Labor-Laser­quelle am MBI beige­tragen, die mit einer ein­zigen Auf­nahme bereits detail­reiche Streu­muster liefern“, erläutert Arnaud Rouzée vom MBI. „Durch die Auf­nahme im Weit­winkel-Modus haben wir bis­lang unbe­kannte Formen der supra­flüssigen Tröpf­chen identi­fi­ziert“, ergänzt Thomas Fennel vom MBI und der Uni Rostock.

Die Ergebnisse des Forscherteams eröffnen völlig neue Möglich­keiten für die Analyse der Struktur und optischen Eigen­schaften kleiner Teilchen. Sie zeigen, dass dank modern­ster Laser­licht­quellen nicht mehr nur aus­schließ­lich an Groß­forschungs­ein­rich­tungen beein­druckende Abbil­dungen von kleinster Materie möglich sind.

TUB / MBI / U. Rostock / RK