Momentaufnahmen von explodierendem Sauerstoff

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