Ser på molekyler fra to sider med femtosekund bløde røntgenstråler på bordpladen

Røntgenspektroskopi giver direkte adgang til arten af ​​kemiske bindinger, hvoraf resultatet af kemiske reaktioner kan forstås. Dermed, forskere udforsker både udvikling af røntgenkilder og implementering af nye målemetoder. Forskere ved Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy (MBI) har nu med succes kombineret en bord-top laserbaseret ekstrem højordens harmonisk kilde til kortpulset blød røntgenabsorptionsspektroskopi i vandvinduet med ny flatjet teknologi. De er de første til at demonstrere den samtidige sondering af kulstof- og nitrogenatomer i organiske molekyler i vandig opløsning.

Røntgenabsorptionsspektroskopi (XAS) overvåger ubesatte elektroniske orbitaler med elementspecificitet, hvorfra den elektroniske struktur kan udledes. For de fleste organiske molekyler, det bløde røntgenspektralområde (100-1000 eV) er relevant, som K-kant overgange af lav-Z elementer (C, N, og O), og L-kanterne af 3-D metaller findes der. XAS udføres typisk ved store faciliteter såsom lagerringe eller frielektronlasere. Bordlaserbaserede kilder har indtil nu kun været sparsomt brugt til at sondere rene materialer, f.eks., metaller og organiske film. Indtil nu, målinger af carbon- eller nitrogen-K-kanterne af organiske molekyler i fortyndet vandig opløsning er ikke blevet rapporteret.

Forskerholdet på MBI har nu udviklet en lysstærk kilde til femtosekunds bløde røntgenimpulser ved at gøre brug af den ekstreme højordens harmoniske genereringsproces. Langbølgelængde (1,8 μm) driverimpulser genereret med et forstærket Ti:safir lasersystem blev brugt til at generere højordens harmoniske langt over det konventionelle spektrale område, dvs. strækker sig nu op til 450 eV. De har kombineret denne kilde med flydende flatjet-teknologi, der fungerer fuldt ud under vakuumforhold. Steady-state absorptionsspektre af organiske molekyler og uorganiske salte i et tyndt (~ 1 μm) ark af vandig opløsning kan nu måles i hele det såkaldte vandvinduesområde mellem 200-540 eV (se fig. 1). I særdeleshed, denne teknik muliggør samtidig lokal sondering ved både kulstof- og nitrogensteder i molekylerne. Med denne forskning, de har demonstreret muligheden for at følge flere steder inden for molekylære systemer, med potentialet til at sondere mulige korrelationer mellem disse steder ved molekylære omlejringer.

Denne undersøgelse repræsenterer et stort skridt hen imod den systematiske undersøgelse af ultrahurtige omlejringer af opløsningsfase molekylære systemer med femtosekund blød røntgenspektroskopi. Dette kunne bringe ny indsigt i ultrahurtige ladningstransportprocesser og foto-inducerede reaktioner inden for kemi og biologi.