Eine laufende NIST Nationales Institut für Standards und Technologie Das Projekt nähert sich einem der dringendsten Ziele der modernen Wissenschaft: Die Fähigkeit, die detaillierte Dynamik chemischer Reaktionen zu beobachten - auf der räumlichen Skala von Molekülen, Atomen und Elektronen sowie auf der ZeitSkala von Pikosekunden oder noch kürzer.
Die Forscher haben eine äußerst ungewöhnliche, kompakte und relativ kostengünstige Röntgenquelle für ein Bildgebungssystem entwickelt und demonstriert, mit dem bald die Art von „molekularen Filmen“ hergestellt werden kann, die Wissenschaftler und Ingenieure benötigen. „Ich glaube, dass wirwerden in der Lage sein, interatomare Abstände mit einer Genauigkeit unter dem Angström zu messen “, sagt Joel Ullom von der Quantum Devices Group in der PML-Abteilung für Quantenelektronik und Photonik , Principal Investigator für das Verbundprojekt und Leiter des Teams, das die Röntgenquelle erstellt hat. „Und wir werden in der Lage sein, Aktivitäten auf atomarer Ebene mit Pikosekundenauflösung während chemischer Reaktionen zu beobachten.“
Die "Röntgenquelle ist ein neuartiges Tischsystem, das Pikosekundenpulse von Röntgenstrahlen erzeugt, ein heiliger Gral unter Wissenschaftlern, die versuchen, die präzise Echtzeitbewegung von Elektronen, Atomen und Molekülen aufzuklären."sagt Marla Dowell , Leiter der PML-Gruppe für Quellen und Detektoren . „Letztendlich wird dieser Tischansatz in der Lage sein, sich mit weitaus teureren und ausgefeilteren Synchrotrontechniken zu messen.“
Das Funktionsprinzip beginnt mit einem gepulsten Infrarot IR -Laserstrahl, der in zwei Teile geteilt wird. Der erste Teil dient zur Photoanregung eines untersuchten Materials und startet eine chemische Reaktion. Der zweite Teil wird in eine Vakuumkammer geleitet.darüber befindet sich ein Wasserreservoir mit einer winzigen Öffnung, die zur Kammer führt. Wasser wird in einem 0,2 mm breiten Strahl in die Kammer gezogen und der Laserstrahl wird auf das strömende Wasserstrahlziel fokussiert.
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Nahaufnahme eines Wasserstrahlziels vertikale Linie, ~ 0,2 mm breit zur Erzeugung von Pikosekunden-Röntgenimpulsen. [Bildquelle : Jens Uhlig ] [/ caption]
„Dies entzündet ein Plasma auf dem Ziel“, sagt Ullom, „und einige der Elektronen aus der Ionisation werden - aufgrund der sehr großen elektrischen Felder des Lasers - zurück in das Wasserziel beschleunigt. Dort durchlaufen sie die gleiche ArtDer IR-Strahl hat sehr wenig Energie pro Photon. Was jedoch aus der Wechselwirkung mit dem Ziel resultiert, sind Röntgenstrahlen mit Energien. 10.000-mal höher Dann kollimieren wir den Röntgenstrahl so, dass er auf die interessierende Probe trifft. “Die Röntgenstrahlen passieren dann die Probe und gelangen in eine separate kryogene Kammer, in der supraleitende Röntgendetektoren das Absorptionsspektrum aufzeichnen.
Im September hat das Team gezeigt, dass die Röntgenquelle über erhebliche Zeitintervalle stabil ist. Der nächste Schritt besteht darin, mit der Wissenschaft zu beginnen. „Wir sind sehr interessiert an photoaktiven Materialien, Komponenten für Solarzellen der nächsten Generation undKatalysatoren “, sagt Ullom.„ Wir werden mit Modellsystemen beginnen und von dort aus fortfahren.