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
- Mesoporöses Silizium: Halbleiter mit neuen TalentenSilizium ist das bekannteste Halbleitermaterial. Doch eine gezielte Nanostrukturierung kann die Materialeigenschaften drastisch verändern. Ein Team am HZB hat mit einer eigens entwickelten Ätzapparatur nun mesoporöse Siliziumschichten mit unzähligen winzigen Poren hergestellt und ihre elektrische Leitfähigkeit sowie Thermokraft untersucht. Die Forschenden haben damit erstmals aufgeklärt, wie der elektronische Transport in diesem mesoporösen Silizium funktioniert. Das Material hat großes Potenzial für Anwendungen und könnte auch Qubits für Quantencomputer thermisch isolieren.
- Innovative Batterie-Elektrode aus Zinn-SchaumMetallbasierte Elektroden in Lithium-Ionen-Akkus versprechen deutlich höhere Kapazitäten als konventionelle Graphit-Elektroden. Leider degradieren sie aufgrund von mechanischen Beanspruchungen während der Lade- und Entladezyklen. Nun zeigt ein Team am HZB, dass ein hochporöser Schaum aus Zinn den mechanischen Stress während der Ladezyklen deutlich besser abfedern kann. Das macht Zinn-Schäume als potentielles Material für Lithium-Batterien interessant.
- Perowskit-Solarzellen: Der Schlüssel zur LangzeitstabilitätPerowskit-Solarzellen sind kostengünstig in der Herstellung und hocheffizient. Im Außeneinsatz unter realen Wetterbedingungen ist jedoch noch fraglich, wie lange sie stabil bleiben. Dieses Thema greift nun eine internationale Kooperation unter Leitung von Prof. Antonio Abate in der Fachzeitschrift Nature Reviews Materials auf. Die Forschenden untersuchten die Auswirkungen von wiederholten thermischen Zyklen auf Mikrostrukturen und Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Schichten von Perowskit-Solarzellen. Das Fazit: Der entscheidende Faktor für die Degradation von Metall-Halogenid-Perowskiten sind thermische Spannungen. Daraus lassen sich Strategien ableiten, um die Langzeitstabilität von Perowskit-Solarzellen gezielt zu steigern.