Een internationaal team uit Duitsland, Zweden, Rusland en de VS, geleid door wetenschappers van het Europese XFEL, heeft de resultaten gepubliceerd van een experiment dat een blauwdruk zou kunnen opleveren voor de analyse van overgangstoestanden in atomen en moleculen. Dit zou nieuwe kansen bieden om inzicht te krijgen in belangrijke processen zoals fotokatalyse, elementaire stappen in fotosynthese en stralingsschade.

Het was het allereerste gebruikersexperiment dat werd uitgevoerd met het Europese XFEL's Small Quantum System (SQS)-instrument. De wetenschappers gebruikten elektronenspectroscopie met hoge resolutie om een ​​momentopname vast te leggen van de kortstondige voorbijgaande toestand die wordt geproduceerd wanneer röntgenstralen een gat in de kern van de atomaire elektronenwolk slaan. De resultaten van de studie, die werd uitgevoerd op neonatomen, zijn het startpunt voor de analyse van transiënte toestanden en zijn gepubliceerd in Fysieke beoordeling X .

De extreem kortstondige voorbijgaande toestand van neon uit de kern duurt slechts 2,4 femtoseconden. Om een ​​femtoseconde in context te plaatsen:een femtoseconde is tot een seconde zoals een seconde tot ongeveer 31,71 miljoen jaar is. "De Europese XFEL stelt ons in staat om een ​​hoog aantal laserpulsen per seconde en een hoge pulsenergie te gebruiken. Dit betekent dat we een zeer hoog aantal fotonen naar het monster kunnen brengen, wat cruciaal is om dergelijke voorbijgaande atomaire toestanden te onderzoeken, " legt Tommaso Mazza uit, de hoofdauteur van het artikel.

"We gebruikten intense röntgenpulsen om eerst de elektronen uit de binnenste schil te verwijderen, of kern, van een neonatoom en vervolgens een tweede foton van dezelfde röntgenpuls gebruikten om het 'holle' atoom in kaart te brengen, ", zegt Mazza. "Dit is de eerste keer dat wetenschappers informatie kunnen verkrijgen over de elektronische structuur van deze transiënte toestand van het kerngat door middel van röntgengeïnduceerde elektronenspectroscopie, en, preciezer, door de energie te meten van de elektronen die worden uitgezonden na de excitatie door het tweede foton terwijl de golflengte van de röntgenpulsen soepel verandert, " hij voegt toe.

Vooraanstaand wetenschapper bij SQS Michael Meyer onderstreept dat de resultaten van dit artikel samen met een artikel dat onlangs is gepubliceerd in: Wetenschap tonen de uitstekende mogelijkheid om excitaties van specifieke elektronische subshells op het SQS-instrument efficiënt te controleren en te onderzoeken. "We kunnen atomaire of elementspecifieke excitaties in moleculaire doelen mogelijk maken en onafhankelijk voor elk atoom de invloed op de door fotonen geïnduceerde moleculaire dynamica onderzoeken, " zegt hij. Door zich op een specifiek atoom in een molecuul te richten, kunnen wetenschappers dieper inzicht krijgen in het gedrag van individuele bouwstenen in de moleculaire assemblage onder intense bestraling.

Het Europese XFEL in de omgeving van Hamburg is een grote internationale röntgenlaserfaciliteit. het is 27, 000 röntgenflitsen per seconde en hun hoge helderheid openen volledig nieuwe mogelijkheden voor de wetenschap. Onderzoeksgroepen van over de hele wereld zijn in staat om de atomaire details van virussen in kaart te brengen, ontcijfer de moleculaire samenstelling van cellen, maak driedimensionale 'foto's' van de nanowereld, 'film' chemische reacties, en bestudeer processen zoals die zich diep in planeten voordoen.