Erstmals freie Nanoteilchen mit hochintensiver Laserquelle im Laborexperiment abgebildet

12.09.2017 - Deutschland

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI), der Technischen Universität (TU) Berlin und der Universität Rostock ist es erstmals gelungen, freie Nanoteilchen mit einer hochintensiven Laserquelle in einem Laborexperiment abzubilden. Die detailreiche Darstellung dieser extrem kleinen Strukturen mit Hilfe einzelner Beugungsbilder war bislang nur an Großforschungseinrichtungen, an sogenannten Freie-Elektronen-Lasern, möglich. Die wegweisenden Ergebnisse ermöglichen die hocheffiziente Charakterisierung der chemischen, optischen und strukturellen Eigenschaften von einzelnen Nanopartikeln und sind jetzt in „Nature Communications“ erschienen. Erstautorin der Publikation ist die Nachwuchswissenschaftlerin Dr. Daniela Rupp, die das Projekt an der TU Berlin durchführte und jetzt am MBI eine Nachwuchsforschungsgruppe aufbaut.

In ihrem Laborexperiment hat das Forscherteam Heliumgas eingesetzt, das – auf niedrigste Temperaturen heruntergekühlt – in einen supraflüssigen Zustand übergeht und beim Zerstäuben klitzekleine Nanotröpfchen bildet. „Diese winzigen Tröpfchen haben wir mit ultrakurzen Röntgenblitzen durchleuchtet und das gestreute Laserlicht als Schnappschuss auf einem Flächendetektor aufgezeichnet“, erklärt Dr. Daniela Rupp.

„Zum Erfolg der Experimente haben die hochintensiven Röntgenblitze aus der Labor-Laserquelle am MBI beigetragen, die mit einer einzigen Aufnahme bereits detailreiche Streumuster liefern“, erläutert Dr. Arnaud Rouzée vom MBI. „Durch die Aufnahme im sogenannten Weitwinkel-Modus haben wir bislang unbekannte Formen der supraflüssigen Tröpfchen identifiziert“, ergänzt Prof. Thomas Fennel vom MBI und der Universität Rostock. Die Ergebnisse des Forscherteams eröffnen völlig neue Möglichkeiten für die Analyse der Struktur und optischen Eigenschaften kleiner Teilchen. Sie zeigen, dass dank modernster Laserlichtquellen nicht mehr nur ausschließlich an Großforschungseinrichtungen beeindruckende Abbildungen von kleinster Materie möglich sind.

Originalveröffentlichung

Daniela Rupp, Nils Monserud, Bruno Langbehn, Mario Sauppe, Julian Zimmermann, Yevheniy Ovcharenko, Thomas Möller, Fabio Frassetto, Luca Poletto, Andrea Trabattoni, Francesca Calegari, Mauro Nisoli, Katharina Sander, Christian Peltz, Marc J. J. Vrakking, Thomas Fennel & Arnaud Rouzée; "Coherent diffractive imaging of single helium nanodroplets with a high harmonic generation source"; Nature Comm.; 2017

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