Nyt eksperiment giver bedre forståelse af grundlæggende foto-inducerede røntgenprocesser

Et internationalt hold fra Tyskland, Sverige, Rusland og USA, ledet af forskere fra europæiske XFEL, har offentliggjort resultaterne af et eksperiment, der kunne give en plan for analyse af overgangstilstande i atomer og molekyler. Dette ville åbne op for nye muligheder for at få indsigt i vigtige processer såsom fotokatalyse, elementære trin i fotosyntese og strålingsskader.

Det var det allerførste brugereksperiment udført på europæiske XFELs Small Quantum System (SQS) instrument. Forskerne brugte højopløsningselektronspektroskopi til at fange et øjebliksbillede af den kortvarige forbigående tilstand, der fremkommer, når røntgenstråler slår et hul i selve kernen af ​​atomelektronskyen. Resultaterne af undersøgelsen, som blev udført på neonatomer, er udgangspunktet for analysen af ​​transiente tilstande og er udgivet i Fysisk gennemgang X .

Den ekstremt kortvarige forbigående tilstand af core-exited neon varer i kun 2,4 femtosekunder. For at sætte et femtosekund i sammenhæng:et femtosekund er til et sekund, som et sekund er til omkring 31,71 millioner år. "Den europæiske XFEL giver os mulighed for at bruge et højt antal laserimpulser pr. sekund og høj impulsenergi. Det betyder, at vi kan bringe et meget højt antal fotoner til prøven, hvilket er afgørende for at undersøge sådanne forbigående atomare tilstande, " forklarer Tommaso Mazza, avisens hovedforfatter.

"Vi brugte intense røntgenimpulser til først at fjerne elektronerne fra den indre skal, eller kerne, af et neonatom og brugte derefter en anden foton fra den samme røntgenpuls til at kortlægge det 'hule' atom, " siger Mazza. "Dette er første gang, at videnskabsmænd er i stand til at få information om den elektroniske struktur af denne kerne-hul-transiente tilstand ved røntgen-induceret elektronspektroskopi, og, mere præcist, ved at måle energien af ​​de elektroner, der udsendes efter excitationen af ​​den anden foton, mens bølgelængden af ​​røntgenimpulserne jævnt ændres, " tilføjer han.

Ledende videnskabsmand ved SQS Michael Meyer understreger, at resultaterne af dette papir sammen med et papir for nylig offentliggjort i Videnskab vise den enestående mulighed for effektivt at kontrollere og sondere excitationer af specifikke elektroniske subshells på SQS-instrumentet. "Vi kan aktivere atom- eller elementspecifikke excitationer i molekylære mål og uafhængigt undersøge for hvert atom indflydelsen på den foton-inducerede molekylære dynamik, " siger han. Målretning mod et specifikt atom i et molekyle giver forskere mulighed for at få en dybere forståelse af adfærden af ​​individuelle byggesten i den molekylære samling under intens bestråling.

Det europæiske XFEL i Hamborg-området er et stort internationalt røntgenlaseranlæg. Den er 27, 000 røntgenglimt i sekundet og deres høje glans åbner helt nye muligheder for videnskaben. Forskergrupper fra hele verden er i stand til at kortlægge atomare detaljer af vira, dechifrere den molekylære sammensætning af celler, tage tredimensionelle 'billeder' af nanoverdenen, "film" kemiske reaktioner, og studere processer som dem, der forekommer dybt inde i planeter.