Ga naar hoofdinhoud

Filmen wat er gebeurt in 1/100 triljoenste seconde

Het instrument trHAXPES (time resolved HArd X-ray PhotoElectron Spectroscopy) maakt de ultrasnelle elektronendynamiek in „ onderliggende lagen“ in vaste stoffen toegankelijk voor onderzoek (foto: M. Oura)

Natuurkundigen kunnen binnenkort met ultrasnelle röntgencamera’s filmen, hoe de elektronen zich gedragen in het inwendige van materialen. De nieuwe techniek komt van onderzoekers van verschillende Japanse instituten en de Christian-Albrechts-Universität Kiel (CAU).

Met behulp van de momenteel modernste röntgen-vrije elektronen laser in het Riken-Institut, Japan, creëerden ze daarmee diepere inzichten dan ooit tevoren op de kortste tijdschalen.

De wetenschappers hopen daarmee materiaaleigenschappen beter te begrijpen. Bovendien kunnen ze met de nieuwe methode volgen, hoe elektronen in elektronische componenten in bedrijf reageren. “Dat zijn fundamentele processen, die in een paar femtoseconden, biljardste delen van een seconde, verlopen”, verklaren dr. Kai Rossnagel en doctorandus Lars-Philip Oloff van de universiteit Kiel.

Proefopstelling: Links de bron van de harde röntgenstraling, rechts worden de uit de vaste stof losgemaakte foto elektronen opgenomen door de spectrometer (Illustratie: L.-P. Oloff)
Proefopstelling: Links de bron van de harde röntgenstraling, rechts worden de uit de vaste stof losgemaakte foto elektronen opgenomen door de spectrometer (Illustratie: L.-P. Oloff)

De metingen worden mogelijk gemaakt door extreem korte flitsen van hoog energetisch röntgenlicht, de zogenaamde harde röntgenstraling, die op dit moment slechts aan twee onderzoeksinstituten in Japan en de USA kan worden opgewekt. Rossnagel en Oloff met hun Japanse collega’s gebruiken de straling om de zeer krachtige techniek van de foto elektronen spectroscopie verder te ontwikkelen.

Nieuwe methode

Met deze methode zendt een optische laser een ultrakorte lichtpuls uit, die elektronen in vast materiaal aanstoot. Een tweede, in de tijd vertraagde röntgenpuls stoot de zogenaamde foto elektronen uit het materiaal. Uit hun gemeten snelheid kan men dan bijvoorbeeld de energie en de dynamiek van de elektronen in vaste lichamen vaststellen.

Dit was tot nu toe alleen maar mogelijk met ultraviolette of softe röntgenstraling, waardoor vooral de in diepere lagen en sterk aan de atomen van de vaste stof gebonden elektronen niet toegankelijk waren. En juist deze geven informatie over de chemische samenstelling van materialen of helpen bij het bepalen van de magnetische eigenschappen. “Met onze techniek, die röntgenlicht gebruikt, kunnen we tot wel 10 keer dieper in het materiaal kijken en snellere processen waarnemen dan voorheen”, zegt Rossnagel.

De onderzoekers komen met deze nieuwe analysemethode sneller op nieuwe soorten materialen en snellere componenten. In de komende jaren willen Rossnagel en zijn medewerkers dit verder verfijnen met behulp van de in aanbouw zijnde röntgen-vrije elektronen-laser in Hamburg, waarmee nieuwe normen kunnen worden gezet.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven