Reaktionsmikroskop ‚Röntgenstrahlen‘ einzelne Moleküle

Seit mehr als 200 Jahren haben wir Röntgenstrahlen wurden mit ins Innere der Materie zu suchen, und voran zu immer kleineren Strukturen -von Kristalle zu Nanopartikeln. Nun haben Physiker einen qualitativen Sprung nach vorn erreicht: eine neue experimentelle Technik, sie in der Lage gewesen zu ‚X-ray‘ Moleküle wie Sauerstoff und sehen ihre Bewegung in den Mikrokosmos.

mit Hilfe des extrem leistungsfähigen Laserpuls des Molekül schnell von zwei fest gebundenen Elektronen beraubt wird: Um einzelne Moleküle zu belichten, wird eine neue Röntgentechnik ist ebenfalls erforderlich. Dies führt zur Schaffung von zwei positiv geladenen Ionen, die auseinander abrupt aufgrund der elektrischen Abstoßung voneinander fliegen. Gleichzeitig auch die Tatsache, dass Elektronen wie Wellen verhalten sich vorteilhaft verwendet. „Sie können wie ein Sonar daran denken“, erklärt Projektleiter Professor Bis Jahnke vom Institut für Kernphysik. „Die Elektronenwelle wird durch die molekulare Struktur während der Explosion verstreut, und wir aufgezeichnet das resultierende Beugungsmuster. Wir somit in der Lage waren, im wesentlichen X-ray das Molekül von innen, und beobachtet, es in mehreren Schritten während des Aufbrechens.“

Für diese Technik, bekannt als „electron diffraction Imaging“, Physiker am Institut für Kernphysik verbracht weiter mehrere Jahre die COLTRIMS Technik zu entwickeln, die es konzipiert wurde (und wird oft als ein „Reaktionsmikroskop“ bezeichnet). Unter der Leitung von Dr. Markus Schöffler, wurde eine entsprechende Vorrichtung für die Anforderungen der europäischen XFEL im Voraus modifiziert und entwickelt und im Rahmen einer Doktorarbeit von Gregor Kastirke realisiert. Keine einfache Aufgabe, wie Bis Jahnke beobachtet: „Wenn ich fliegt, um sicher zum Mond, ein Raumschiff zu entwerfen, um hatte und zurück, würde ich in meinem Team auf jeden Fall Gregor mag ich bin sehr beeindruckt von dem, was er hier erreicht.“.

Das Ergebnis, das in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Physical Review X veröffentlicht wurde, liefert den ersten Beweis dafür, dass diese experimentelle Methode funktioniert. In Zukunft können photochemische Reaktionen einzelner Moleküle mit Hilfe dieser Bilder mit ihrer hohen zeitlichen Auflösung untersucht werden. Zum Beispiel sollte es möglich sein, die Umsetzung eines mittelgroßen Molekül UV-Strahlen in Echtzeit zu beobachten. Darüber hinaus sind dies die ersten Messergebnisse seit dem Beginn der Operationen der Small Quantum-Systeme (SQS) Experiment Station an der European XFEL am Ende 2018 veröffentlicht werden.

Quelle: Goethe University Frankfurt. "Reaction microscope 'X-rays' individual molecules." ScienceDaily. ScienceDaily, 11 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200611094204.htm>.