In den letzten Jahren hat sich die Wechselwirkung von intensiven, kurzwelligen Lichtpulsen mit Materie zu einem lebendigen, interdisziplinären Forschungsfeld entwickelt. Dank ihrer sehr kurzen Pulsdauer können Impulse von Röntgen-Freie-Elektronen-Lasern auf extreme Leistungsdichten fokussiert werden. Kombiniert mit der kurzen Wellenlänge des Lichts ermöglicht dies eine einzigartige Anwendung: die Abbildung einzelner Nanopartikel und Makromoleküle. Für diese Methode muss die Belichtungszeit kurz genug sein, um den größten Teil der unvermeidlichen Zerstörung der Sonde zu überstehen, und die erreichbare Auflösungsleistung hängt entscheidend von den Details des Zerstörungsprozesses ab. Daher ist die Entwicklung eines grundlegenden Verständnisses der lichtinduzierten Dynamik von besonderem Interesse.
Dr. Daniela Rupp wird den Karl-Scheel Preis 2018 erhalten
Besonders erwähnenswert sind zwei neuartige experimentelle Methoden, die von Daniela Rupp und ihren Kollegen realisiert wurden. Ein Ansatz liefert eine Lösung für ein fundamentales Problem, das mit der Bildgebung der Nanopartikeldynamik verbunden ist. Normalerweise zeigen Nanopartikel eine Variation in Größen und Formen, aber die konventionelle Art der Pump-Probe-Bildgebung liefert nur ein Bild einer entwickelten Stufe, während der ursprüngliche Zustand der Partikel unbestimmt bleibt. Daniela Rupps Team stellte eine Apparatur auf, die einen kurzwelligen Lichtstrahl aufspaltete und verzögerte, so dass zwei getrennte Detektoren Bilder sowohl des ursprünglichen Teilchens als auch mit einer gewissen Zeitverzögerung der lichtinduzierten Veränderungen aufnehmen konnten. Durch die Messung von Bildpaaren mit unterschiedlichen Zeitverzögerungen und deren Sortierung nach identischen Ausgangsbildern kann sogar ein Film erstellt werden.
Darüber hinaus war die Abbildung einzelner freier Nanopartikel bis vor kurzem auf Freie-Elektronen-Laser beschränkt. In einer internationalen Zusammenarbeit unter der Leitung von Daniela Rupp wurde dieser Ansatz erstmals in das Labor gebracht. Durch die Auswahl geeigneter Parameter und die Verwendung von Helium-Nanotröpfchen als Zielsystem gelang es dem Team, sowohl eine Technologie zu entwickeln als auch ein sehr interessantes wissenschaftliches Ergebnis zu entdecken. Sie konnten zeigen, dass die Formen von schnell rotierenden Tröpfchen, anstatt eine abgeplattete, radförmige Form anzunehmen, wie von einer amerikanischen Gruppe in Science veröffentlicht, zigarrenartige, prolate Formen bilden. Das "Proof-of-Principle" -Experiment verspricht neue Forschungsfelder zu erschließen, in denen laserbasierte, hochharmonische Erzeugungsquellen schwächere, aber kürzere Pulse als FELs bis in den Attosekundenbereich liefern. Die Einführung dieser Zeitskala könnte sogar eine diffraktive Bildgebung der Elektronenbewegung ermöglichen, so dass dieses bahnbrechende Experiment die Grundlage von Daniela Rupps Leibniz-Stipendium für eine Nachwuchsgruppe am Max-Born-Institut bildet.
Weitere Informationen
Der Karl-Scheel-Preis der Physikalischen Gesellschaft zu Berlin
Kontakt: Dr. Daniela Rupp