Röntgenlaser ultrafein
Gepulster nanofokussierter Strahl bildet Materie im Echtzeit-Rasterverfahren ab.
Wie sich Atome bewegen, chemische Reaktionen eingehen und schließlich an ihren Ort kommen, sollen künftig Röntgen-Freie-Elektronen-Laser sichtbar machen. Einem Forscherteam der TU Dresden ist gemeinsam mit dem SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park, Kalifornien und der Königlichen Technischen Hochschule Stockholm ein wichtiger Schritt in diese Richtung gelungen: Sie konnten einen Röntgenlaserstrahl auf etwa 100 Nanometer, also etwa einem Tausendstel der Breite eines menschlichen Haares, fokussieren und diesen dabei detailliert vermessen. Der so erzeugte nanofokussierte Röntgenlaserstrahl, der aus sehr kurzen und intensiven Röntgenpulsen besteht, lieferte bereits die ersten Abbildungen, die mit einer Belichtungszeit von 50 Femtosekunden jegliche Bewegung der Atome in der Probe einfrieren. Die bisher gebräuchlichen Mikroskopiemethoden können nur Bilder erzeugen, wenn die Atome „stillhalten" und sich starr in einen festen Körper einfügen.
Abb.: Schematische Skizze des Aufbaus. Die Forscher erreichten Auflösungen bis zu fünfzig Nanometern. (Bild: A. Schropp et al. / Nature)
Voraussetzung für die richtige Interpretation der entstehenden Bilder ist, die genauen Eigenschaften des nanofokussierten Röntgenlaserstrahls zu kennen. Dafür hat das Forscherteam um Andreas Schropp und Christian Schroer vom Institut für Strukturphysik der TU Dresden eine neue Abbildungsmethode entwickelt. Sie beruht auf der Beugung der Röntgenstrahlung an einer Probe. Diese wird in der Nähe des Brennpunkts positioniert und durch den feingebündelten Strahl gerastert. An jedem dieser Rasterpunkte wird in einem größeren Abstand das von der Probe gestreute Röntgenlicht aufgenommen. Mit Hilfe des Computers können aus diesem Bildersatz sich sowohl die Struktur der Probe als auch der vollständige dreidimensionale Verlauf des gebündelten Röntgenpulses rekonstruieren lassen.
Die Erzeugung und Charakterisierung der nanofokussierten Röntgenlaserpulse bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. So können sie helfen zu verstehen, wie Stoffe entstehen und wie sich Werkstoffe verbessern lassen. Darüber hinaus kann die neue Methode in den Bereichen Mikroskopie und Röntgenoptik zum Einsatz kommen oder bei der Erzeugung von Materie unter extremen Drücken und Temperaturen, wie sie zum Beispiel im Inneren von großen Planeten herrschen. Aufgrund dieser Bedeutung in vielen Forschungsbereichen sehen die Wissenschaftler in der Erzeugung und Charakterisierung nanofokussierter Röntgenlaserstrahlen als künftige Standardmethode.
TU Dresden / DE
