Opis projektu
Nowa wydajna metoda obrazowania w polu dalekim umożliwi rozwój badań w nanoskali
Procesy zachodzące w nanoskali stanowią przedmiot zainteresowania naukowców zajmujących się najróżniejszymi dziedzinami, od biologii po chemię. Lepsze zrozumienie przebiegu i mechanizmów tych procesów mogłoby przynieść jeszcze większe korzyści. Niestety, żadna dotychczasowa technika obrazowania w polu dalekim nie jest w stanie zapewnić efektywności badań funkcji w nanoskali, ponieważ zarówno ich rozdzielczość czasowa, jak i przestrzenna jest nieodpowiednia. W ramach finansowanego przez UE projektu HIGH-Q opracowana zostanie innowacyjna metoda obrazowania w polu dalekim wykorzystująca impulsy rentgenowskiego lasera na swobodnych elektronach, ultraszybkie koherentne obrazowanie dyfrakcyjne, ultraszybkie promieniowanie rentgenowskie i algorytmy rekonstrukcji, które pozwolą na wydajne badanie procesów w nanoskali. Projekt ten pozwoli na ogromny postęp naukowy, między innymi w takich dziedzinach jak fotochemia, materiałoznawstwo i kataliza.
Cel
Our ability to observe processes and study function at the nanoscale is hindered by the compromise between temporal and spatial resolutions inherent to the majority of far-field imaging techniques. This limits our perspective on a wide range of non-equilibrium processes at the nanoscale such as chemical/catalytic reactions, ultrafast phase-transitions and biological processes at room temperature in native phase. Intense and spatially coherent femtosecond-short X-ray flashes from free-electron laser (XFEL) sources can combine high spatial and temporal resolutions through 'diffraction-before-destruction' coherent diffractive imaging (CDI) of individual nano-specimens within a single exposure. XFEL CDI studies have found surprising variety of morphologies in soot, unknown metastable shapes of metal nanoparticles and exotic states of water, which are otherwise inaccessible. PI and colleagues applied this technique to follow an ultrafast irreversible laser-superheating process with few nanometers spatial and 100 femtosecond temporal resolutions at the single nanoparticle level.
Despite significant efforts, the spatial resolution of single XFEL CDI images of non-periodic specimen could not be improved beyond few nanometers. This proposal will overcome this limit by exploiting previously little explored phenomena which arise when specimen are exposed to newly available intense 500 attosecond to few femtosecond short FEL pulses. All matter exposed to intense X-rays is photo-ionised. When XFEL pulses are comparable or shorter than subsequent relaxation processes, non-linear effects such as transient resonances and resonant stimulated emission increase the brightness of images by several orders of magnitudes and significantly improve the spatial resolution. In combination with sparsity based reconstruction algorithms this proposal will push ultrafast CDI towards the single macromolecule limit and open novel avenues for photochemistry, catalysis, and material studies.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Temat(-y)
System finansowania
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstytucja przyjmująca
20148 Hamburg
Niemcy