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
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.
- Elegantes Verfahren zum Auslesen von Einzelspins über PhotospannungDiamanten mit spezifischen Defekten können als hochempfindliche Sensoren oder Qubits für Quantencomputer genutzt werden. Die Quanteninformation wird dabei im Elektronenspin-Zustand der Defekte gespeichert. Allerdings müssen die Spin-Zustände bislang optisch ausgelesen werden, was extrem aufwändig ist. Nun hat ein Team am HZB eine elegantere Methode entwickelt, um die Quanteninformation über eine Photospannung auszulesen. Dies könnte ein deutlich kompakteres Design von Quantensensoren ermöglichen.
- Solarzellen auf Mondglas für eine zukünftige Basis auf dem MondZukünftige Mondsiedlungen werden Energie benötigen, die Photovoltaik liefern könnte. Material in den Weltraum zu bringen, ist jedoch teuer – ein Kilogramm zum Mond zu transportieren, kostet eine Million Euro. Doch auch auf dem Mond gibt es Ressourcen, die sich nutzen lassen. Ein Forschungsteam um Dr. Felix Lang, Universität Potsdam, und Dr. Stefan Linke, Technische Universität Berlin, haben nun das benötigte Glas aus „Mondstaub“ (Regolith) hergestellt und mit Perowskit beschichtet. Damit ließe sich bis zu 99 Prozent des Gewichts einsparen, um auf dem Mond PV-Module zu produzieren. Die Strahlenhärte konnte das Team am Protonenbeschleuniger des HZB getestet.