Neues Werkzeug, um die Chemie der Natur zu erforschen

HZB-Team um Emad Aziz erreicht Pulsdauern von 45 Femtosekunden

Die schematische Zeichnung zeigt, wie die Lichtpulse durch die Zonenplatte monochromatisiert auf die Probe geleitet werden (oberer Teil der Grafik). Im Zoom (unterer Grafikteil) erkennt man den winzigen Flüssigkeitsstrahl (Mikrojet), der die zu untersuchenden Moleküle enthält. Kredit: FU/HZB

Das Team um Emad Aziz hat am Joint Lab der Freien  Universität Berlin und dem HZB ein neues Instrument aufgebaut, um chemische Prozesse in Flüssigkeiten und an Grenzflächen zu untersuchen: Es besteht aus einem Laser, der ultrakurze Lichtpulse von nur 45 Femtosekunden im harten Ultraviolettbereich (XUV) erzeugt. Um einzelne Wellenlängen herauszugreifen, haben sie spezielle Reflektions-Zonenplatten installiert, die vom HZB-Team um Alexei Erko entwickelt und produziert wurden.

Der HZB-Wissenschaftler Prof. Dr. Emad Aziz leitet nicht nur eine große Gruppe am HZB, sondern auch das Joint Lab, das von der Freien Universität Berlin und dem HZB gemeinsam betrieben wird. Er hat nun mit seinem Team am Joint Lab ein neues Werkzeug entwickelt, um die ultraschnelle Dynamik von chemischen oder biologischen Prozessen in Lösungen und an Grenzflächen zu untersuchen. Das Laser-basierte Instrument erzeugt XUV-Pulse von 45 Femtosekunden Dauer. Um spezifische Wellenlängen zu selektieren, haben sie eine spezielle Reflektions-Zonenplatte eingebaut, die am HZB-Institut für Nanometeroptik und Technologie von Prof. Dr. Alexei Erko entwickelt und produziert wurde. Diese Reflektions-Zonenplatten arbeiten höchst effizient und erzeugen nur eine minimale zeitliche Verzerrung der Pulse.

“Jan Metje hat durch den Aufbau und die Tests des neuen Instruments ein wesentliches Ziel seiner Doktorarbeit erreicht”, sagt sein Mit-Betreuer Dr. Igor Kiyan aus dem Aziz-Team. Die Pulsdauern von 45 Femtosekunden sind 300-fach kürzer als die Pulse, die in modernen Synchrotronquellen wie BESSY II zur Verfügung stehen (15 Pikosekunden). Ihre Dauer ist vergleichbar mit den ultrakurzen Pulsen eines Freien Elektronenlasers. “Unser neues Labor-Instrument hat jedoch gegenüber einem Freien Elektronenlaser einige Vorteile”, betont Aziz: “Wir können hier zum Beispiel katalytische Prozesse an Materialien zur Energiekonversion unter realen Bedingungen untersuchen, weil wir im Labor mit dem Mikrojet-Verfahren arbeiten und Moleküle in einem winzigen Flüssigkeitsstrahl analysieren können.  Außerdem steht uns unser System – im Gegensatz zu einem Freien Elektronenlaser – ständig zur Verfügung.”

Die Arbeit wurde im Journal der Optical Society of America jetzt veröffentlicht: Monochromatization of femtosecond XUV light pulses with the use of reflection zone plates (doi:10.1364/OE.22.010747)

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