HZB an Sonderausgabe zu Ultraschneller Dynamik mit Röntgenmethoden beteiligt
Phillippe Wernet schlägt am Ende seines Beitrags einen großen Bogen von der Vergangenheit (Opticae Thesaurus, 1572) der Forschung mit Licht bis in die Zukunft. © Wikimedia cc
In dieser Sonderausgabe diskutieren führende Experten aktuelle Entwicklungen von Lichtquellen. © Royal Society
In der jetzt erschienenen Sonderausgabe der „Philosophical Transactions of the Royal Society of London“ berichten international ausgewiesene Experten über neue Entwicklungen bei Röntgenquellen und ultraschnellen zeitaufgelösten Experimenten. Auch HZB-Physiker wurden zu Beiträgen aufgefordert und haben geliefert.
Fast 350 Jahre nach Isaac Newtons bahnbrechendem Papier „Theory of Light and Colors (1671)“ widmet sich die älteste Wissenschaftszeitschrift der Welt, die "Philosophical Transactions der Royal Society of London", nun wieder dem Licht. Das Sonderheft richtet sich an Forschende, die biologische, chemische oder physikalische Prozesse untersuchen und einen Überblick über neue Entwicklungen an Lichtquellen sowie den dort zur Verfügung stehenden Methoden erhalten wollen. Dynamische Prozesse in Materialien lassen sich an Röntgenlichtquellen mit Hilfe von ultraschnellen Messmethoden hochaufgelöst analysieren.
Femtoslicing und BESSY VSR
Das Sonderheft gibt eine umfassende Übersicht über aktuelle Fortschritte bei der Erzeugung ultrakurzer Röntgenpulse durch Lichtquellen wie Freie Elektronenlaser (FELs), High Harmonic Generation (HHG) Laserquellen und Synchrotronstrahlungsquellen. Ein Beitrag unter Mitwirkung von Dr. Karsten Holldack, HZB, stellt dabei speicherringbasierte Methoden wie Femtoslicing und BESSY VSR vor und ordnet sie ein. Diese Methoden kombinieren hochbrilliantes Synchrotronlicht mit einer speziellen Zeitstruktur und erlauben damit einzigartige experimentelle Fragestellungen, die an anderen Quellen nicht durchführbar sind. Damit ergänzen und erweitern sie das Portfolio an beschleunigerbasierten Quellen.
Photochemie mit ultraschneller Spektroskopie
Ein wichtiger Beitrag ist der Photochemie gewidmet, einem Gebiet, in dem Prozesse wie die Photosynthese im Zentrum stehen, deren Dynamik noch weitgehend unerforscht ist. Mit ultraschneller Spektroskopie an FELs, HHG-Quellen oder am Synchrotron mit BESSY VSR stehen nun Methoden zur Verfügung, um beispielsweise Anregungen von Metallo-Proteinen und der darauf folgenden Reaktionskette im Detail zu vermessen; Solche Experimente liefern Daten, die zum Beispiel für das Verständnis von Photokatalyse für solare Brennstoffe unverzichtbar sind. Dieser Beitrag wurde von Prof. Dr. Philippe Wernet verfasst, der bis vor kurzem am HZB geforscht hat und nun an der Universität Uppsala eine Professur bekleidet.
Zu den Publikationen:
Measurement of ultrafast electronic and structural dynamics with X-rays; J. P. Marangos (ed.)
doi: 10.1098/rsta/377/2145
Recent Advances in Ultrafast X-ray Sources; Robert Schoenlein, Thomas Elsaesser, Karsten Holldack, Zhirong Huang, Henry Kapteyn, Margaret Murnane, Michael Woerner
doi: 10.1098/rsta.2018.0384
Chemical interactions and dynamics with femtosecond X-ray spectroscopy and the role of X-ray free-electron lasers; Philippe Wernet
doi: 10.1098/rsta.2017.0464
- Batterieforschung mit dem HZB-RöntgenmikroskopUm die Kapazität von Lithiumbatterien weiter zu steigern, werden neue Kathodenmaterialien entwickelt. Mehrschichtige lithiumreiche Übergangsmetalloxide (LRTMO) ermöglichen eine besonders hohe Energiedichte. Mit jedem Ladezyklus wird jedoch ihre Kapazität geringer, was mit strukturellen und chemischen Veränderungen zusammenhängt. Mit Röntgenuntersuchungen an BESSY II hat nun ein Team aus chinesischen Forschungseinrichtungen diese Veränderungen erstmals experimentell mit höchster Präzision vermessen: Mit dem einzigartigen Röntgenmikroskop konnten sie morphologische und strukturelle Entwicklungen auf der Nanometerskala beobachten und dabei auch chemische Veränderungen aufklären.
- BESSY II: Neues Verfahren für bessere ThermokunststoffeUmweltfreundliche Thermoplaste aus nachwachsenden Rohstoffen lassen sich nach Gebrauch recyclen. Ihre Belastbarkeit lässt sich verbessern, indem man sie mit anderen Thermoplasten mischt. Um optimale Eigenschaften zu erzielen, kommt es jedoch auf die Grenzflächen in diesen Mischungen an. Ein Team der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden hat nun an BESSY II untersucht, wie sich mit einem neuen Verfahren aus zwei Grundmaterialien thermoplastische „Blends“ mit hoher Grenzflächenfestigkeit herstellen lassen: Aufnahmen an der neuen Nanostation der IRIS-Beamline zeigten, dass sich dabei nanokristalline Schichten bilden, die die Leistungsfähigkeit des Materials erhöhen.
- Wasserstoff: Durchbruch bei Alkalischen Membran-ElektrolyseurenEinem Team aus Technischer Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum Berlin, Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (IMTEK) und Siemens Energy ist es gelungen, eine hocheffiziente alkalische Membran-Elektrolyse Zelle erstmals im Labormaßstab in Betrieb zu nehmen. Das Besondere: Der Anodenkatalysator besteht dabei aus preisgünstigen Nickelverbindungen und nicht aus begrenzt verfügbaren Edelmetallen. An BESSY II konnte das Team die katalytischen Prozesse durch operando Messungen im Detail darstellen, ein Theorie Team (USA, Singapur) lieferte eine konsistente molekulare Beschreibung. In Freiburg wurden mit einem neuen Beschichtungsverfahren Kleinzellen gebaut und im Betrieb getestet. Die Ergebnisse sind im renommierten Fachjournal Nature Catalysis publiziert.