Många kemiska processer går så snabbt att de bara grovt förstås. För att klargöra dessa processer, ett team från tekniska universitetet i München (TUM) har nu utvecklat en metodik med en upplösning på femtondelar av en sekund. Den nya tekniken kan öka förståelsen för processer som fotosyntes och bidra till utvecklingen av snabbare datachips.

Ett viktigt mellansteg i många kemiska processer är jonisering. Ett typiskt exempel på detta är fotosyntes. Reaktionerna tar bara några femtosekunder (kvadriljondelar av en sekund), eller till och med några hundra attosekunder (femtondelar av en sekund). Eftersom de springer så extremt snabbt, endast de första och slutliga produkterna är kända, men inte reaktionsvägarna eller mellanprodukterna.

För att observera sådana ultrasnabba processer, vetenskapen behöver en mätteknik som är snabbare än själva den observerade processen. Så kallad "pumpsondspektroskopi" gör detta möjligt. Här, provet exciteras med en initial laserpuls, som sätter igång reaktionen. En sekund, tidsfördröjd puls frågar processens momentana tillstånd. Flera repetitioner av reaktionen med olika tidsfördröjningar resulterar i individuella stop-motion-bilder, som sedan kan sammanställas till ett filmklipp.

Nu, ett team av forskare under ledning av Birgitta Bernhardt vid TU München har kombinerat två pumpsondspektroskopitekniker med hjälp av krypten inert gas. Detta gjorde att de kunde visualisera de ultrasnabba joniseringsprocesserna med en precision som tidigare var omöjlig.

"Före vårt experiment, man kunde observera antingen vilken del av det spännande ljuset som absorberades av provet över tid eller mäta vilken typ av och hur många joner som skapades i processen, "förklarar Bernhardt." Vi har nu kombinerat de två teknikerna, vilket gör att vi kan observera de exakta stegen genom vilka joniseringen sker, hur länge dessa mellanprodukter finns och vad exakt den spännande laserpulsen orsakar i provet. "

Ultrasnabba processer under kontroll

Kombinationen av de två mätteknikerna gör att forskarna kan registrera de ultrasnabba joniseringsprocesserna och, tack vare variationen i intensiteten hos den andra sonderande laserpulsen, de kan också styra och påverka joniseringsdynamiken.

"Denna typ av kontroll är ett mycket kraftfullt instrument, "förklarar Bernhardt." Om vi ​​exakt kan förstå och till och med påverka snabba joniseringsprocesser, vi kan lära oss mycket om ljusdrivna processer som fotosyntes-särskilt om de inledande ögonblicken då detta komplexa maskineri sätts igång och som hittills inte förståtts. "

Tekniken som utvecklats av Bernhardt och hennes kollegor är också intressant för utvecklingen av nya, snabbare datorchips där joniseringen av kisel spelar en viktig roll. Om joniseringstillstånden för kisel inte bara kan provtagas på en så kort tidsskala, men kan också ställas in - som de första experimenten med krypton antyder - kan forskare en dag kunna använda detta för att utveckla nya och ännu snabbare datortekniker.