Forschung & Entwicklung -

Lasergetriebene Röntgenquelle liefert­ Moleküleinblicke

Die Kombination von ultrakurzen Röntgenimpulsen mit einer neuen Technologie zur Erzeugung eines Dünnschichtflüssigkeitsstrahls ermöglicht erstmals die Absorptionsspektroskopie im sogenannten Wasserfenster.

Die Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS), die unbesetzte Orbitale elementspezifisch untersucht, erlaubt die Bestimmung der elektronischen Struktur von Molekülen. Für die meisten organischen Moleküle ist der weiche Röntgenspektralbereich bei 100 bis 1000 eV) relevant. XAS wird typischerweise an Großforschungsanlagen wie Speicherringen oder Freie-Elektronen-Lasern durchgeführt. Laserbasierte Laborquellen wurden bisher nur spärlich zur Untersuchung reiner Materialien, wie Metalle und organische Schichten, eingesetzt. Bisher waren keine Untersuchungen der Kohlenstoff- oder Stickstoff-K-Kanten von organischen Molekülen in verdünnter wässriger Lösung verfügbar.

Ein Forscherteam am Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) Berlin hat nun eine intensive Strahlungsquelle für weiche Femtosekundenröntgenimpulse entwickelt, die in einem extrem nichtlinearen Prozess (HHG) die Frequenz eines Laserimpulses vervielfacht. Dabei werden aus langwelligen 1,8-µm-Treiberimpulsen mit Photonenergien von 0,69 eV, die mit einem verstärkten Ti:Saphir-Lasersystem erzeugt wurden, Frequenzen erzeugt, die über 600-mal größer sind, mit Photonenenergien von bis zu 450 eV. Die Wissenschaftler haben diese Quelle mit dem Dünnschichtflüssigkeitsstrahl kombiniert, der auch unter Vakuumbedingungen voll funktionsfähig ist. Stationäre Absorptionsspektren von organischen Molekülen und anorganischen Salzen in einer circa 1 µm dünne Schicht wässriger Lösung können nun im gesamten Wasserfenster, also zwischen 200 und 540 eV, gemessen werden. Insbesondere ermöglicht diese Technik die gleichzeitige lokale Untersuchung an Kohlenstoff- und Stickstoffatomen innerhalb der Moleküle.mn

Originalveröffentlichung:

[C. Kleine et al., Soft X-ray Absorption Spectroscopy of Aqueous Solutions Using a Table-Top Femtosecond Soft X-ray Source, J. Phys. Chem. Lett. 10 (2019), DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b03420]

www.mbi-berlin.de

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