Villigen AG - Forschende können erstmals mit ultrakurzen Röntgenwellen die grundlegendsten Prozesse in Materialien mit einer bisher unerreichten räumlichen und zeitlichen Auflösung untersuchen. Die neue Methode wurde von einem internationalen Team unter der Co-Leitung des Paul Scherrer Instituts entwickelt.
(CONNECT) Eine internationale Zusammenarbeit von Forschenden unter der Co-Leitung des Paul Scherrer Instituts (PSI), des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY und des Nanowissenschaftlichen Instituts IMDEA in Madrid hat laut einer Mitteilung ein Experiment mit einem transienten Röntgengitter entwickelt, mit dem die Dynamik von Quantenpartikeln im Nanobereich untersucht werden kann. Dabei wurde die Transient Grating (TG) Spectroskopie, was das PSI mit Übergangsgitter-Spektroskopie übersetzt, laut einer auch vom PSI veröffentlichten Mitteilung des IMDEA-Instituts erheblich optimiert.
Mit der TG-Spektroskopie gelingt es, kleinste Veränderungen in Raum und Zeit zu beobachten. So können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verstehen, wie sich Wärme oder Ladung in Materialien bewegt. Bisher wurden die Gitter durch Röntgenstrahlen erzeugt, aber durch optisches Licht gemessen, wodurch die Grösse der Abstände im Gitter auf etwa einen Mikrometer begrenzt war. Jedoch finden laut der Mitteilung viele der interessantesten Verhaltensweisen von Materialien in noch kleineren Massstäben statt.
Die neue Technik arbeitet erstmals sowohl für die Erzeugung als auch für die Untersuchung der Gitter mit harten Röntgenimpulsen. Diese erste Demonstration der Transienten-Gitterspektroskopie mit ausschliesslich harter Röntgenstrahlung identifiziert Schlüsselfaktoren, die bisher unzugängliche räumliche Bereiche erschliessen können, von der Erforschung des Wärmeflusses durch einen Mikrochip bis hin zur Aufdeckung der Dynamik von Phasenübergängen in Quantenmaterialien.
Diese Arbeit enthalte „eine Reihe von Durchbrüchen“, heisst es in der Mitteilung. Sie seien „bemerkenswert, da sie eine neue experimentelle Methode zur Untersuchung von Nanophänomenen in Funktionsmaterialien wie miniaturisierten thermischen Bauelementen, Sensoren, Supraleitern, ultraschnellen Magnetschaltern, Photokatalysatoren und ultraschnellen Datenspeicherelementen etablieren“.
Diese Forschung wurde kürzlich in „Communications Physics“ veröffentlicht. Aus der Schweiz waren neben dem PSI auch die Universität Bern und die Eidgenössischen Technischen Hochschulen Zürich (ETH) und Lausanne (EPFL) an der Forschung beteiligt. ce/mm
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