Fokussierung des Röntgen-Freie-Elektronen-Lasers für die Abbildung und Erzeugung von Materie unter Extrembedingungen

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Schroer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 225455836

Die hohe spektrale Brillanz, die kurze, variable Wellenlänge und die kurze Pulsdauer (< 100 fs) machen den Röntgen-Freie-Elektronen-Laser (XFEL) zu einer idealen Quelle für die Untersuchung schneller Prozesse in kondensierter Materie. Schnelle Prozesse laufen jedoch oft auch auf kurzen Längeskalen ab und müssen daher sowohl mit hoher räumlicher als auch zeitlicher Auflösung untersucht werden. Darüber hinaus wird es durch die hohe Eindringtiefe von Röntgenstrahlung in Materie und die hohen Peakleistungen des XFELs möglich, hohe Energiedichten homogen in kleinen Objekten zu deponieren und somit extreme Zustände zu präparieren. Sowohl die hochauflösende zeitaufgelöste Röntgenmikroskopie wie auch das extreme Aufheizen einer Probe erfordern die Fokussierung des XFEL-Strahls auf Größen von 100 nm und darunter. Dieses Projekt sieht die Erzeugung und Charakterisierung kurzer Röntgenpulse mit lateraler Ausdehnung im 100 nm-Bereich vor. Dabei sollen die XFEL-Pulse der Linac Coherent Light Source in Stanford mit Hilfe refraktiver Röntgenlinsen fokussiert werden. Der Nanostrahl dient als Grundlage für zeitaufgelöste Mikroskopie von Materie in Extrembedingungen und soll zur Untersuchung von durch Laser induzierten Schockwellen in Aluminium verwendet werden. Auf diese Weise soll die Geschwindigkeit und Dichte der Schockwelle im zeitlichen Verlauf gemessen werden, die Aufschluss über die Zustandsgleichung bei hohen Temperaturen und Drücken geben. Darüber hinaus soll der fokussierte XFEL-Strahl dazu genutzt werden, kleine Objekte (z. B. Metallcluster) durch isochore Aufheizung auf extreme Temperaturen und Drücke zu bringen und sie in diesem Zustand mit hoher Auflösung abzubilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Beteiligte Person: Dr. Andreas Schropp