Röntgenspektroskopi ger direkt tillgång till naturen hos kemiska bindningar, varifrån resultatet av kemiska reaktioner kan förstås. Således, forskare undersöker både utvecklingen av röntgenkällor och implementeringen av nya mätmetoder. Forskare vid Max Born-institutet för icke-linjär optik och kortpulsspektroskopi (MBI) har nu framgångsrikt kombinerat en bordsbaserad laserbaserad extremt hög ordnings harmonisk källa för kortpulsad mjukröntgenabsorptionsspektroskopi i vattenfönstret med ny flatjet -teknik. De är de första som demonstrerar den samtidiga sonderingen av kol- och kväveatomer i organiska molekyler i vattenlösning.

Röntgenabsorptionsspektroskopi (XAS) övervakar obesatta elektroniska orbitaler med elementspecificitet från vilken den elektroniska strukturen kan härledas. För majoriteten av organiska molekyler, spektralområdet för mjukröntgen (100-1000 eV) är relevant, som K-kantsövergångar av låg-Z-element (C, N, och O), och L-kanterna av 3D-metaller finns där. XAS utförs vanligtvis vid storskaliga anläggningar som lagringsringar eller frielektronlasrar. Bordslaserbaserade källor har hittills endast använts sparsamt för att sondera rena material, t.ex., metaller och organiska filmer. Än så länge, mätningar av kol- eller kväve-K-kanterna hos organiska molekyler i utspädd vattenlösning har inte rapporterats.

Forskarteamet vid MBI har nu utvecklat en ljus källa för femtosekunds mjuka röntgenpulser genom att använda sig av den extremt höga ordningens harmoniska genereringsprocessen. Långvåglängd (1,8 μm) förarpulser genererade med ett förstärkt Ti:safirlasersystem användes för att generera övertoner med hög ordning långt över det konventionella spektralområdet, dvs. nu sträcker sig upp till 450 eV. De har kombinerat denna källa med flytande flatjet-teknik som fungerar fullt ut under vakuumförhållanden. Steady-absorptionsspektra för organiska molekyler och oorganiska salter i ett tunt (~ 1 µm) ark med vattenlösning kan nu mätas i det så kallade vattenfönsterområdet mellan 200-540 eV (se fig. 1). Särskilt, denna teknik möjliggör samtidig lokal sondering vid både kol- och kväveställen i molekylerna. Med detta forskningen, de har visat möjligheten att följa flera platser inom molekylära system, med potential att undersöka möjliga korrelationer mellan dessa platser vid molekylära omarrangemang.

Denna undersökning representerar ett stort steg mot systematisk undersökning av ultrasnabba omarrangemang av molekylära system i lösningsfas med femtosekund mjukröntgenspektroskopi. Detta kan ge nya insikter om ultrasnabba laddningstransportprocesser och fotoinducerade reaktioner inom kemi och biologi.