Femtosekunden-Röntgen- und Elektronenbeugung zum Studium der ultraschnellen Strukturdynamik in molekularen Systemen

Röntgen- oder Elektronenstrahlen zeigen charakteristische Beugungsmuster, wenn sie auf geordnete Strukturen wie Kristalle treffen. Dieser Effekt eignet sich deshalb zur Strukturaufklärung von Molekülen, weil dadurch die Position der Atome sichtbar gemacht werden kann. Voraussetzung sind dazu allerdings Quellen von Röntgenphotonen oder Elektronen mit einer Wellenlänge, die der Größe der Atome entspricht, also etwa 1 Å (1 Å = 10-10 m). Änderungen der Atompositionen spiegeln sich in der Änderung des Beugungsmusters wider.

Für zeitaufgelöste Untersuchungen von diesen schnellen Strukturänderungen bei Reaktionen auf einer Zeitskala von einigen Femtosekunden (10-15 s) brauchen die Wissenschaftler deshalb gepulste Quellen. Auf diese Art können sie schnelle Reaktionen in einer zeitlichen Abfolge betrachten, wie bei einem Film. Bisher lieferten solche Quellen Impulse, die entweder nicht intensiv genug oder die zeitlich zu lange waren, um Aufschluss über schnellste Vorgänge in molekularen Systemen zu gewinnen.

Die neuen MAP-Laser werden diese Grenzen aufheben: sie liefern genügend energiereiche Photonen in viel kürzeren Impulsen. Dies ermöglicht Forschern den lang gesuchten Einblick in die Struktur von Molekülkristallen und deren Reaktionen.