Untersuchung und Anwendung der Emission weicher Röntgenstrahlung von Targets, die flüssige Mikrodroplets enthalten und mit intensiven Laserpulsen bestrahlt werden

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard G. Paulus
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465215929

Der extrem ultraviolette (XUV) und weiche Röntgen- (SXR-) Spektralbereich ist für mannigfache wissenschaftliche Fragestellungen von herausragender Bedeutung. Das liegt einerseits an der extrem kurzen Wellenlänge, die eine hohe räumliche Auflösung ermöglicht, und andererseits am charakteristischen Absorptionsverhalten der Materie, die die Identifikation der Atome und sogar ihrer chemischen Umgebung erlaubt. Aufgrund ihrer hohen Brillanz und Vielseitigkeit sind Synchrotrons und neuerdings Freie-Elektronen-Laser prädestiniert für dieses Forschungsfeld. Gleichwohl gibt es seit vielen Jahren eine sehr lebhafte Suche nach alternativen XUV- und SXR-Strahlungsquellen, die u.a. einen flexibleren Zugang zum weichen Röntgenbereich gewähren. Insbesondere bei laser-getriebenen Quellen hat es dazu in der Vergangenheit mehrere Durchbrüche gegeben. Derzeit etabliert sich z.B. die 13.5nm-Lithographie, die allerdings mit massiven Herausforderungen bezüglich des Debris kämpft. Bisher ist keine überzeugende Lösung für eine brillante und gleichzeitig auch im Betrieb kostengünstige XUV- und SXR-Quelle gefunden worden.Aufbauend auf einen vielversprechenden Ansatz der polnischen Kollegen, bei dem durch eine geschickt aufgebaute koaxiale Doppeldüse ein gut kollimierter dichter Targetstrahl hergestellt wird, sollen neuartige Varianten dieser Düse erforscht werden, um extrem breitbandige SXR-Strahlung zu erzeugen. Während bisher atomare und molekulare Gase als Target verwendet wurden, sollen nunmehr Cluster und Aerosole, also sehr viel höhere Targetdichten zum Einsatz kommen, um so mit höherer Effizienz breitbandigere Strahlung zu erzeugen. Besonders vielversprechend erscheint uns, schwere Elemente in der zu zerstäubenden Flüssigkeit zu lösen. Dem polnischen und deutschen Team stehen eine Reihe von Lasern mit ganz verschiedenen Pulsparametern zur Verfügung, die, neben entsprechender theoretischer Modellierung, eine systematische Erforschung und Charakterisierung der neuen Targets erlauben. Getrieben wird diese Forschung von zwei wissenschaftlichen Anwendungen innerhalb der Kollaboration, die parallel im Rahmen des Projektes vorangebracht werden sollen. Einerseits geht es um eine neuartige, auf Kohärenztomographie basierende Methode, das eine zerstörungsfreie nanoskalige Querschnittsbildgebung erlaubt, aber breitbandige Strahlungsquellen voraussetzt. Gegenüber den bisher verwendeten, auf hohen Harmonischen beruhenden Quellen, wird nun der SXR-Bereich erschlossen, was eine höhere räumliche Auflösung und einen u.a. für magnetische Materialien besonders interessanten Spektralbereich eröffnet. Dazu soll diese Bildgebung durch Röntgen-Absorptions-Feinstruktur-Spektroskopie (XAFS) ergänzt werden. Dadurch wird es möglich, zerstörungsfrei Informationen aus dem Innern von Proben zu gewinnen, und zwar nicht nur über die Struktur und Zusammensetzung, sondern auch über die chemische Umgebung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Henryk Fiedorowicz