{"id":44570,"date":"2020-06-09T13:29:10","date_gmt":"2020-06-09T11:29:10","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=44570"},"modified":"2020-06-10T22:57:27","modified_gmt":"2020-06-10T20:57:27","slug":"physik-neue-experimentiertechnik-ermoeglicht-roentgen-einzelner-molekuele","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/physik-neue-experimentiertechnik-ermoeglicht-roentgen-einzelner-molekuele\/","title":{"rendered":"Physik: Neue Experimentiertechnik erm\u00f6glicht \u201eR\u00f6ntgen\u201c einzelner Molek\u00fcle"},"content":{"rendered":"<p>Seit mehr als 100 Jahren nutzen Menschen R\u00f6ntgenstrahlen, um ins Innere der  Materie zu schauen. Dabei dringen sie zu immer kleineren Strukturen vor \u2013 vom Kristall bis zum Nanopartikel. Jetzt ist Physikern der Goethe-Universit\u00e4t im Rahmen einer gro\u00dfen internationalen Kollaboration am R\u00f6ntgenlaser European XFEL in Schenefeld bei Hamburg ein qualitativer  Sprung gelungen: Mit einer neuen Experimentiertechnik k\u00f6nnen sie  erstmals auch einzelne Molek\u00fcle wie Sauerstoff \u201er\u00f6ntgen\u201c und sich ihre  Bewegung im Mikrokosmos anschauen.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-large\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" width=\"650\" height=\"450\" src=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2020\/06\/beitragsbild_200609_Oxygene.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-44534\" srcset=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2020\/06\/beitragsbild_200609_Oxygene.jpg 650w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2020\/06\/beitragsbild_200609_Oxygene-300x208.jpg 300w\" sizes=\"(max-width: 650px) 100vw, 650px\" \/><figcaption><em>W\u00e4hrend der Sauerstoff-Explosion: Durch den R\u00f6ntgenlaser XFEL wurden Elektronen aus den beiden Atomen des Sauerstoffmolek\u00fcls herausgeschlagen und der Aufbruch des Molek\u00fcls initiiert. Der R\u00f6ntgenlaser l\u00f6st w\u00e4hrend der Fragmentierung ein weiteres Elektron aus dem einen der beiden nun geladenen Sauerstoffatome (Ionen) aus einer inneren Schale. Das Elektron hat Teilchen- und Welleneigenschaften, und die Wellen werden am anderen Sauerstoff-Ion gebrochen. Das Brechungsmuster erlaubt es, das Auseinanderbrechen des Sauerstoffmolek\u00fcls in mehreren Schritten zu beobachten (Electron-Diffraction-Imaging). Bild: Till Jahnke, Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>\u201eJe kleiner das Teilchen, desto gr\u00f6\u00dfer der Hammer.\u201c Diese Regel aus der  Teilchenphysik, die mit riesigen Beschleunigern ins Innere der Atomkerne  schaut, gilt auch f\u00fcr diese Forschungsarbeit. Um ein zweiatomiges  Molek\u00fcl wie den Sauerstoff \u201er\u00f6ntgen\u201c zu k\u00f6nnen, braucht man extrem starke und ultrakurze R\u00f6ntgenpulse. Solche liefert der 2017 in Betrieb gegangene European XFEL, eine der st\u00e4rksten R\u00f6ntgenquellen der Welt.<\/p>\n\n\n\n<p>Um  einzelne Molek\u00fcle zu belichten braucht man au\u00dferdem eine neue  R\u00f6ntgentechnik: Mithilfe der extrem starken Laserpulse raubt man dem  Molek\u00fcl innerhalb k\u00fcrzester Zeit zwei fest gebundene Elektronen. Dadurch  entstehen zwei positiv geladene Ionen, die aufgrund der elektrischen  Absto\u00dfung explosionsartig auseinanderfliegen. Gleichzeitig macht man  sich zunutze, dass Elektronen sich auch wie Wellen verhalten. \u201eMan kann  sich das wie bei einem Echolot vorstellen\u201c, erkl\u00e4rt Projektleiter Prof.  Till Jahnke vom Institut f\u00fcr Kernphysik. \u201eDie Elektronen-Welle wird w\u00e4hrend der Explosion am Molek\u00fclger\u00fcst gebrochen. Wir haben das  entstehende Brechungsmuster aufgenommen. So konnten wir das Molek\u00fcl  quasi von innen durchleuchten und ihm in mehreren Schritten beim  Aufbruch zuschauen.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p>F\u00fcr diese als &#8222;Electron-Diffraction-Imaging&#8220; bezeichnete Technik haben die  Physiker am Institut f\u00fcr Kernphysik \u00fcber mehrere Jahre die dort erdachte  COLTRIMS-Technik (die oftmals auch als \u201eReaktionsmikroskop\u201c bezeichnet  wird) weiterentwickelt. Unter Leitung von Dr. Markus Sch\u00f6ffler wurde eine entsprechende Apparatur im Vorfeld f\u00fcr die Anforderungen am European XFEL angepasst und im Rahmen einer Doktorarbeit von Gregor Kastirke entworfen und verwirklicht. Beileibe keine einfache Aufgabe, wie Till Jahnke feststellt: \u201eWenn ich ein Raumschiff entwerfen m\u00fcsste, um mit diesem heil zum Mond und zur\u00fcck zu fliegen, w\u00fcrde ich definitiv Herrn Kastirke in meinem Team dabeihaben wollen. Ich bin sehr beeindruckt, was er hier geleistet hat.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p>Das Ergebnis, das in der aktuellen Ausgabe der renommierten Physical Review X publiziert wurde, ist ein erster Nachweis daf\u00fcr, dass diese  Experimentiermethode funktioniert. K\u00fcnftig k\u00f6nnten damit photochemische  Reaktionen einzelner Molek\u00fcle durch solche zeitlich hoch aufgel\u00f6sten  Bilder untersucht werden. Zum Beispiel lie\u00dfe sich die Reaktion eines  mittelgro\u00dfen Molek\u00fcls auf UV-Strahlung in Echtzeit beobachten.  Zus\u00e4tzlich handelt es sich um die ersten Messergebnisse, die seit der  Inbetriebnahme der Small Quantum Systems (SQS)-Experimentierstation am  European XFEL Ende 2018 ver\u00f6ffentlicht wurden. <\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-background has-very-light-gray-background-color\"><strong>Publikation: <\/strong>Gregor Kastirke et al. Photoelectron diffraction imaging of a molecular breakup using an X-ray free-electron laser. Phys. Rev. X 10, 021052 <a rel=\"noreferrer noopener\" aria-label=\"https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevX.10.021052 (\u00f6ffnet in einem neuem Tab)\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevX.10.021052\" target=\"_blank\">https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevX.10.021052<\/a> <\/p>\n\n\n\n<p><em>Quelle: Pressemitteilung vom 9. Juni 2020<\/em><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Seit mehr als 100 Jahren nutzen Menschen R\u00f6ntgenstrahlen, um ins Innere der Materie zu schauen. Dabei dringen sie zu immer kleineren Strukturen vor \u2013 vom Kristall bis zum Nanopartikel. 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