Röntgenblick durch das Wasserfenster

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Physiker der ETH Zürich haben die erste Laserquelle mit hoher Wiederholrate entwickelt, die kohärente weiche Röntgenstrahlung erzeugt, die das gesamte “Wasserfenster” überspannt.

Dieser technologische Durchbruch könnte ein breites Spektrum von Studien in den biologischen, chemischen und Materialwissenschaften sowie in der Physik ermöglichen.Die Fähigkeit, Lichtpulse von Sub-Femtosekunden-Dauer zu erzeugen, die vor etwa 20 Jahren erstmals demonstriert wurde, hat ein völlig neues Gebiet entstehen lassen: die Attosekunden-Wissenschaft und -Technologie.

Es sind Tischlasersysteme entstanden, die Studien ermöglichen, die bisher nicht möglich waren, und die es Forschern ermöglichen, elektronische Prozesse in Atomen, Molekülen und Festkörpern auf ihren natürlichen Attosekunden-Zeitskalen zu verfolgen, abzubilden und zu charakterisieren.Die Lasersysteme, die solche Untersuchungen ermöglichen, arbeiten typischerweise im extremen ultravioletten Spektralband.

Allerdings gibt es seit langem den Drang, höhere Photonenenergien zu erreichen.

Von besonderem Interesse ist das so genannte Wasserfenster, das von weicher Röntgenstrahlung mit Wellenlängen zwischen 2,2 und 4,4 nm besetzt ist.

Dieses spektrale Fenster verdankt seinen Namen und seine Bedeutung der Tatsache, dass bei diesen Frequenzen die Photonen nicht von Sauerstoff (und damit von Wasser) absorbiert werden, sondern von Kohlenstoff.

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Dies ist ideal für die Untersuchung organischer Moleküle und biologischer Proben in ihrer natürlichen wässrigen Umgebung.Heute gibt es eine Handvoll Attosekunden-Quellen, die diesen Frequenzbereich überspannen, aber ihre Anwendbarkeit ist durch relativ niedrige Wiederholraten von 1 kHz oder darunter begrenzt, was wiederum niedrige Zählraten und schlechte Signal-Rausch-Abstände bedeutet.

Justinas Pupeikis und seine Kollegen in der Gruppe für Ultraschnelle Laserphysik von Prof.

Ursula Keller am Institut für Quantenelektronik haben in Optica über eine Innovation berichtet, die die Grenzen bisheriger Quellen überwindet.

Sie präsentieren die erste weiche Röntgenquelle, die das gesamte Wasserfenster bei 100 kHz Wiederholungsrate überspannt, eine hundertfache Verbesserung im Vergleich zu hochmodernen Quellen.Eine Steigerung der technologischen LeistungsfähigkeitDer Engpass in….

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