Ultraschnelle subatomare Wechselwirkungen beobachten
Neueste Fortschritte in der Laserwissenschaft haben die Erzeugung ultraschneller Röntgenlichtimpulse ermöglicht, was der Untersuchung ultraschneller atomarer und sogar subatomarer Wechselwirkungen Tür und Tor öffnet. Derartige Experimente erfordern jedoch sowohl Fachwissen in der Röntgentechnik als auch in den Wissenschaften, auf die sie anwendbar ist. Das X-RAY PUMP-PROBE-Projekt ("X-ray pump-probe spectroscopies - new tools to study ultrafast surface dynamics") ging an den Start, um eine Zusammenarbeit von drei Bereichen der ultraschnellen Oberflächenphysik (Oberflächenmagnetismus, chemische Reaktionen und Phasenübergänge) auf die Beine zu bringen. Ziel war es, Einblicke in Quasiteilchen-Wechselwirkungen im Femtosekundenbereich zu gewinnen. Bis heute konnten die Forscher eine Messanordnung mit ultrahoher zeitlicher Auflösung und Elementspezifität realisieren, wobei sich "Element" auf die Elemente bezieht, aus denen das Universum aufgebaut ist, und die den meisten von uns aus der Grundlagenchemie und dem Periodensystem bekannt sind. Sie setzten den Versuchsaufbau als eine elementspezifische Messsonde für die ultraschnelle Entmagnetisierung in einer Metalllegierung aus Eisen (Fe) und Nickel (Ni) ein, die sie in die Lage versetzte festzustellen, dass die Entmagnetisierung von Nickel in Bezug auf Eisen um ungefähr 18 Femtosekunden verzögert stattfand. Die Projektmitglieder untersuchten dann den photoinduzierte Phasenübergang in einer anderen metallischen Verbindung, TiSe2, bei der zuvor nachgewiesen wurde, dass sie bei etwa 200 Grad Kelvin einem Phasenübergang unterliegt. Die Forscher zeigten anhand einer Kombination von nach Zeit und Winkel aufgelöster Photoemissionsspektroskopie mittels Röntgen-Anrege-Abfrage-Spektroskopie die grundlegende Quasiteilchendynamik des Systems in einer Größenordnung von 20 Femtosekunden auf. Diese Arbeit wurde im angesehenen wissenschaftlichen Fachjournal Nature veröffentlicht. Die bisherigen Resultate sind von großer Bedeutung für die Supraleitung und die nächste Generation von Datenspeichern sowie für die Eröffnung neuer Möglichkeiten zur Untersuchung vieler Fragen der ultraschnellen Oberflächendynamik, die in Biologie, Chemie und Physik wichtig sind. Im letzten Teil des Projekts wird man sich auf die Anwendung der neuen Technologien auf das Gebiet der Femtochemie konzentrieren.
