Momentaufnahmen von explodierendem Sauerstoff
Neue Experimentiertechnik mit Reaktionsmikroskop erzeugt Röntgenbilder einzelner Moleküle.
Mit einer neuen Experimentiertechnik ist es einem internationalen Forscherteam am Röntgenlaser European XFEL erstmals gelungen, einzelne Moleküle wie Sauerstoff zu röntgen und sich ihre Bewegung im Mikrokosmos anschauen. Die extrem starken Laserpulse rauben dem Molekül innerhalb kürzester Zeit zwei fest gebundene Elektronen. Dadurch entstehen zwei positiv geladene Ionen, die aufgrund der elektrischen Abstoßung explosionsartig auseinanderfliegen. Die Forscher machen sich zunutze, dass Elektronen sich auch wie Wellen verhalten.
„Die Elektronen-Welle wird während der Explosion am Molekülgerüst gebrochen“, erläutert Projektleiter Till Jahnke von der Uni Frankfurt. „Wir haben das entstehende Brechungsmuster aufgenommen. So konnten wir das Molekül quasi von innen durchleuchten und ihm in mehreren Schritten beim Aufbruch zuschauen.“
Für dieses „Electron Diffraction Imaging“ haben die Forscher über mehrere Jahre hinweg die auch als „Reaktionsmikroskop“ bezeichnete COLTRIMS-Technik weiterentwickelt. Eine entsprechende Apparatur wurde im Vorfeld für die Anforderungen am European XFEL angepasst. Das Ergebnis ist ein erster Nachweis dafür, dass diese neue Experimentiermethode funktioniert. Künftig könnten damit photochemische Reaktionen einzelner Moleküle durch solche zeitlich hoch aufgelösten Bilder untersucht werden. Zum Beispiel ließe sich die Reaktion eines mittelgroßen Moleküls auf UV-Strahlung in Echtzeit beobachten.
GUF / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
G. Kastirke et al.: Photoelectron diffraction imaging of a molecular breakup using an X-ray free-electron laser, Phys. Rev. X 10, 021052 (2020); DOI: 10.1103/PhysRevX.10.021052 - Experimentelle Atomphysik, Institut für Kernphysik, Goethe-Universität Frankfurt
- European X-Ray Free-Electron Laser Facility, Schenefeld
