Ny målemetode muliggør mere præcis undersøgelse af ultrahurtige processer i stof

Et team af forskere fra Freiburg ledet af prof. Dr. Frank Stienkemeier og Dr. Lukas Bruder er lykkedes med at udvikle en ny målemetode til at undersøge ultrahurtige processer i stof. Det er processer på atom- og molekylært niveau, der sker inden for en milliardtedel af et sekund (10-12 sek.). Den nye metode, som kombinerer forskellige spektroskopiteknikker, muliggør, blandt andet, ny indsigt i energistrukturen i stoffet og sandsynlighedsfordelingen af ​​elektroner. Fundamentale molekylære processer kan nu forstås mere præcist, ifølge forskerne. Resultaterne af forskningen er blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Optica og forventes at fremme en række yderligere udviklinger inden for beslægtede videnskabelige områder.

Undersøgelse af grundlæggende egenskaber ved stof

Freiburg-teamet har i flere år arbejdet på at udvide ultrahurtig, sammenhængende, multidimensionel spektroskopi i nye retninger. Enkelt sagt, spektroskopi involverer at studere absorptionen af ​​lys for at undersøge vigtige egenskaber ved stof. Disse omfatter de nævnte ultrahurtige processer, samt kvantekohærensfænomener og interaktioner mellem atomer og andre nanoskopiske partikler. "Dette er de grundlæggende egenskaber ved stof, der driver processerne i naturen på det nanoskopiske niveau, og vi ønsker bedre at forstå disse egenskaber gennem vores eksperimenter, " fortæller Stienkemeier.

Et generelt problem i sammenhæng, multidimensionel spektroskopi er kompleksiteten af ​​måledataene, hvilket ofte gør en klar fortolkning af forsøgsresultaterne vanskelig eller endda umulig. Situationen forbedres markant, når eksperimentet kombineres med brug af, for eksempel, et massespektrometer. "Denne tilgang giver os yderligere og meget nyttige oplysninger om den kemiske sammensætning af det undersøgte stof - en stor fordel i studiet af ultrahurtige kemiske reaktioner, " forklarer Bruder.

Et væld af muligheder

Til sammenligning, Freiburg-forskerne er nu lykkedes med at kombinere sammenhængende, multidimensionel spektroskopi med fotoelektronspektroskopi. I denne procedure, stoffet ioniseres og energien af ​​frigivne elektroner måles. Denne procedure giver information om energistrukturen og den rumlige sandsynlighedsfordeling af elektroner (orbitaler) i stof. Når fotoelektronspektroskopi kombineres med røntgenlyskilder, præcise målinger med atomudvælgelse er endda mulige, betyder, at energifordelingen i et stof kan studeres med ekstrem høj opløsning op til atomniveau.

"Vores tilgang åbner op for en række spændende nye udviklinger, Stienkemeier forklarer. "Dette spænder fra at udvide vores metode til samtidige energi- og vinkelopløste elektronmålinger, til eksperimenter med røntgenstråler for at opnå atomspecifik information." Som en anden fordel ved Freiburg-tilgangen, følsomheden af ​​det sammenhængende, multidimensionelle spektroskopiske eksperimenter er blevet forbedret i størrelsesordener. Det er, signaler, der tidligere var en faktor 200 mindre end støjen i målingen, kan nu detekteres. "Den øgede følsomhed giver os mulighed for at studere meget rene prøver i et miljø med ultrahøjt vakuum, hvorfra vi kan forstå fundamentale molekylære processer mere præcist, " tilføjer Bruder.