Röntgenspectroscopie biedt directe toegang tot de aard van chemische bindingen, waaruit de uitkomst van chemische reacties kan worden begrepen. Dus, onderzoekers onderzoeken zowel de ontwikkeling van röntgenbronnen als de implementatie van nieuwe meetmethoden. Onderzoekers van het Max Born Instituut voor niet-lineaire optica en korte pulsspectroscopie (MBI) hebben nu met succes een op tafelblad gebaseerde laser-gebaseerde extreem hoge-orde harmonische bron voor korte-puls zachte-röntgenabsorptiespectroscopie in het watervenster gecombineerd met nieuwe flatjet-technologie. Zij zijn de eersten die de gelijktijdige sondering van koolstof- en stikstofatomen in organische moleculen in waterige oplossing demonstreren.

Röntgenabsorptiespectroscopie (XAS) bewaakt onbezette elektronische orbitalen met elementspecificiteit waaruit de elektronische structuur kan worden afgeleid. Voor de meeste organische moleculen geldt het spectrale gebied van zachte röntgenstralen (100-1000 eV) is relevant, als K-randovergangen van lage Z-elementen (C, N, en O), en de L-randen van 3D-metalen zijn daar te vinden. XAS wordt meestal uitgevoerd in grootschalige faciliteiten zoals opslagringen of vrije-elektronenlasers. Laserbronnen op tafelbladen werden tot nu toe slechts spaarzaam gebruikt om zuivere materialen te onderzoeken, bijv. metalen en organische films. Tot dusver, metingen van de koolstof- of stikstof-K-randen van organische moleculen in verdunde waterige oplossing zijn niet gerapporteerd.

Het onderzoeksteam van het MBI heeft nu een heldere bron van femtoseconde zachte röntgenpulsen ontwikkeld door gebruik te maken van het extreem hoge-orde harmonische generatieproces. Langegolflengte (1,8 m) driverpulsen gegenereerd met een versterkt Ti:saffierlasersysteem werden gebruikt om harmonischen van hoge orde te genereren die ruim boven het conventionele spectrale bereik liggen. d.w.z., nu uit te breiden tot 450 eV. Ze hebben deze bron gecombineerd met vloeibare flatjet-technologie die volledig functioneert onder vacuümomstandigheden. Steady-state absorptiespectra van organische moleculen en anorganische zouten in een dunne (~ 1 m) laag waterige oplossing kunnen nu worden gemeten in het zogenaamde watervenstergebied tussen 200-540 eV (zie figuur 1). Vooral, deze techniek maakt gelijktijdige lokale sondering mogelijk op zowel koolstof- als stikstoflocaties in de moleculen. Hiermee is het onderzoek ze hebben de haalbaarheid aangetoond van het volgen van meerdere locaties binnen moleculaire systemen, met het potentieel om mogelijke correlaties tussen deze plaatsen te onderzoeken bij moleculaire herschikkingen.

Dit onderzoek is een belangrijke stap in de richting van het systematische onderzoek van ultrasnelle herschikkingen van moleculaire systemen in de oplossingsfase met femtoseconde zachte röntgenspectroscopie. Dit zou nieuwe inzichten kunnen opleveren in ultrasnelle ladingstransportprocessen en foto-geïnduceerde reacties in de chemie en biologie.