4D Bilder durch ultraschnelle Elektronenbeugung

Die Funktion von Materialien, Molekülen, Nanosystemen und Bauelementen hängt ganz wesentlich davon ab, wie sich Atome und Elektronen während einer Reaktion umsortieren. Diese Bewegungen auf einer atomaren dreidimensionalen Längenskala und mit der Zeit als vierter Dimension zu betrachten, ist deshalb für Physiker und Chemiker enorm wichtig.

Eine solche Echtzeitbeobachtung erfordert eine zeitliche Auflösung von Femto- oder besser Attosekunden (10^-15 – 10^-18 s) und eine räumliche von Pikometern (10^-12 m, 1 Å = 100 pm).
Dazu benutzen wir die Beugung von Elektronen: Femtosekunden-Laserpulse leiten die Veränderungen im Festkörper oder Molekül ein, und nach einer kurzen Verzögerung erzeugen Elektronenpulse von mehreren Kilo-Elektronenvolt ein Beugungsmuster von den sich verändernden Strukturen. Auf diese Weise entsteht aus einer Reihe von „Schnappschüssen“ ein ganzer 4D-Film des Geschehens mit atomarer Auflösung, der zeigt, was genau zu jedem Zeitpunkt im Festkörper oder Molekül vor sich geht.