DESYs FLASH-Anlage bringt Licht in die Nanowelt

Experimente mit ultrakurzen Röntgenlaserpulsen eröffnen neue Ära für die Strukturforschung

16.11.2006

Mit Hilfe des in der Welt einmaligen Freie-Elektronen-Lasers für weiche Röntgenstrahlung FLASH bei DESY in Hamburg gelang es einem internationalen Forscherteam erstmals, ein hochaufgelöstes Beugungsbild einer nichtkristallinen Probe mit einem einzigen, extrem intensiven und kurzen Laserblitz aufzunehmen. Diese erste erfolgreiche Anwendung der neuen "flash diffractive imaging" genannten Abbildungsmethode (Nature Physics 2006) markiert laut DESY den Beginn einer neuen Ära in der Strukturforschung von den Material- bis hin zu den Molekularwissenschaften. Das Experiment zeige, dass es schon in naher Zukunft mit Hilfe eines einzigen ultrakurzen, extrem intensiven Laserpulses möglich sein sollte, Bilder von Nanoteilchen oder sogar von einzelnen großen Makromolekülen - Viren oder Zellen - aufnehmen zu können. Dies verspricht einzigartige Möglichkeiten, die Dynamik von Nanoteilchen und die Struktur großer Biomoleküle zu untersuchen, ohne die Proben vorher aufwändig kristallisieren zu müssen, wie es bei der herkömmlichen Röntgenstrukturanalyse erforderlich ist.

"Das experimentelle Prinzip, das an DESYs neuem Freie-Elektronen-Laser FLASH erstmals nachgewiesen wurde, verspricht eine Revolution der Strukturforschung in den Naturwissenschaften, einschließlich der Lebenswissenschaften, und zwar immer dort wo Bilder mit sehr hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung benötigt werden," erklärt Professor Jochen Schneider, DESY-Forschungsdirektor und Mitautor der Veröffentlichung. "Als einziger Laser mit extrem intensiven, kohärenten Lichtblitzen im weichen Röntgenbereich von gerade einmal 25 Femtosekunden Dauer ist FLASH die erste Strahlungsquelle der Welt, an der diese und andere neuartige Experimentiermethoden studiert werden können. Dank großer Erfolge in der Beschleunigerphysik bei DESY ist FLASH auch die erste Nutzeranlage dieser Art, die Wissenschaftlern sehr unterschiedlicher Disziplinen zur Verfügung steht. Da das neue 'single-shot'-Abbildungsverfahren ohne Linsen auskommt, kann die Methode bis zu atomarer Auflösung weiter entwickelt werden, sobald harte Röntgenlaser mit noch kürzerer Wellenlänge zur Verfügung stehen. Das von einer internationalen Forschergruppe unter der Leitung von Professor Henry Chapman von der University of California und Professor Janos Hajdu von der Universität Uppsala durchgeführte Experiment untermauert die großen Hoffnungen auf revolutionär neue Messmöglichkeiten an künftigen Freie-Elektronen-Lasern im harten Röntgenbereich, wie der Linac Coherent Light Source LCLS in Stanford, Kalifornien, die gerade gebaut wird, oder der europäischen XFEL-Anlage in Hamburg."

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