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TU Berlin

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Forschung

Der schnellste "Film" der Welt

Donnerstag, 17. Februar 2011

Wissenschaftler entwickelten erstmals ein Verfahren, bei dem ultraschnelle Prozesse sichtbar werden

Ein holografisches Abbildungsverfahren für Röntgenstrahlen kann Objekte zu zwei extrem kurz aufeinanderfolgenden Zeiten darstellen
Lupe

Ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Wenn es um dynamische Prozesse geht, ist es das Medium Film, das zum Erkenntnisgewinn führt. So wurde im 19. Jahrhundert mit einer Sequenz von Blitzlichtfotos durch Edward J. Muybridge geklärt, wie die Bewegung eines Pferdes beim Galopp abläuft. Wichtig ist hierbei, dass die Bildfolge des Films in der Lage ist, die Prozessabläufe zeitlich aufzulösen.

Nun ist es Forschern der TU Berlin, des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie sowie der Universität Münster unter Leitung von TU-Professor Dr. Stefan Eisebitt gelungen, mit Röntgenstrahlung eine ultraschnelle Bildsequenz aufzunehmen. Das Verfahren, das die Wissenschaftler in der Online-Ausgabe der Zeitschrift „Nature Photonics“ darstellen, erlaubt erstmals, mikro- und nanometerkleine Objekte zu zwei extrem kurz aufeinanderfolgenden Zeiten abzubilden.

Dazu wird ein spezielles holografisches Abbildungsverfahren für Röntgenstrahlen benutzt. „Die kurzwellige Röntgenstrahlung ermöglicht die Abbildung kleinster Strukturen“, erklärt Stefan Eisebitt, Professor für Röntgenoptik und Nanometeroptik. „Mit unserem holografischen Verfahren können zwei extrem kurze Röntgenpulse zur Bildgebung benutzt werden.“ Dazu werden Pulse aus dem Röntgenlaser „FLASH“ bei DESY in Hamburg zunächst in zwei separate Lichtblitze „zerschnitten“. Diese treffen dann zeitlich versetzt das abzubildende Objekt. Eine spezielle holografische Abbildung erlaubt es nun, die von beiden Pulsen erzeugten Bilder überlagert aufzunehmen und anschließend den verschiedenen Aufnahmezeiten zuzuordnen. Das Verfahren macht ultraschnelle Prozesse sichtbar.

So demonstrierten die Forscher die Methode, zwei eng aufeinanderfolgende „Schnappschüsse“ aufnehmen zu können, durch eine Bildsequenz mit nur 50 Femtosekunden Zeitabstand. Eine Femtosekunde ist ein Millionstel einer Milliardstel Sekunde. „Dieses Zeitintervall ist so kurz, dass selbst ein Lichtstrahl in dieser Zeit nur um die Breite eines Haares vorankommt“, erklärt Christian Günther vom Helmholtz-Zentrum Berlin. Diese extrem hohe Zeitauflösung, gepaart mit der Möglichkeit, kleinste Objekte zu sehen, war die Motivation für die Entwicklung des Verfahrens.

„Ziel ist es, die Bewegung von Molekülen und Nanostrukturen verfolgen zu können, zum Beispiel während chemischer Reaktionen“, sagt Stefan Eisebitt. „Unsere Methode ist ein wichtiger Schritt hin zum ,molekularen Film‘, der hilft, die fundamentalen Vorgänge bei physikalischen und chemischen Prozessen zu sehen und zu verstehen. Beispiele sind Änderungen der Form von Enzymen während der chemischen Reaktion oder ultraschnelle Magnetisierungsänderungen in neuartigen Datenspeichern.“

sn / Quelle: "TU intern", 2/2011

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