Ett internationellt team från Tyskland, Sverige, Ryssland och USA, ledd av forskare från Europeiska XFEL, har publicerat resultaten av ett experiment som skulle kunna ge en plan för analys av övergångstillstånd i atomer och molekyler. Detta skulle öppna nya möjligheter att få insikter i viktiga processer som fotokatalys, elementära steg i fotosyntes och strålningsskador.

Det var det allra första användarexperimentet som genomfördes med europeiska XFEL:s Small Quantum System (SQS) instrument. Forskarna använde högupplöst elektronspektroskopi för att fånga en ögonblicksbild av det kortlivade transienta tillståndet som produceras när röntgenstrålar slår ett hål i själva kärnan av atomelektronmolnet. Resultaten av studien, som utfördes på neonatomer, är utgångspunkten för analysen av transienta tillstånd och har publicerats i Fysisk granskning X .

Det extremt kortlivade övergående tillståndet av core-exited neon varar i bara 2,4 femtosekunder. För att sätta en femtosekund i sitt sammanhang:en femtosekund är till en sekund som en sekund är ungefär 31,71 miljoner år. "Den europeiska XFEL tillåter oss att använda ett högt antal laserpulser per sekund och hög pulsenergi. Detta betyder att vi kan ta ett mycket högt antal fotoner till provet, vilket är avgörande för att undersöka sådana övergående atomtillstånd, " förklarar Tommaso Mazza, tidningens huvudförfattare.

"Vi använde intensiva röntgenpulser för att först ta bort elektronerna från det inre skalet, eller kärna, av en neonatom och använde sedan en andra foton från samma röntgenpuls för att kartlägga den "ihåliga" atomen, ", säger Mazza. "Detta är första gången forskare kan få information om den elektroniska strukturen av detta övergående tillstånd i kärnhålet genom röntgeninducerad elektronspektroskopi, och, mer exakt, genom att mäta energin hos elektronerna som emitteras efter excitationen av den andra fotonen samtidigt som våglängden för röntgenpulserna ändras smidigt, " han lägger till.

Ledande forskare vid SQS Michael Meyer understryker att resultaten av denna artikel tillsammans med en artikel som nyligen publicerats i Vetenskap visa den enastående möjligheten att effektivt kontrollera och undersöka excitationer av specifika elektroniska subshells vid SQS-instrumentet. "Vi kan möjliggöra atom- eller elementspecifika excitationer i molekylära mål och oberoende undersöka för varje atom inverkan på den fotoninducerade molekylära dynamiken, " säger han. Att rikta in sig på en specifik atom i en molekyl gör det möjligt för forskare att få djupare förståelse för beteendet hos enskilda byggstenar i den molekylära sammansättningen under intensiv bestrålning.

Europeiska XFEL i Hamburgområdet är en stor internationell röntgenlaseranläggning. Det är 27, 000 röntgenblixtar per sekund och deras höga briljans öppnar helt nya möjligheter för vetenskapen. Forskargrupper från hela världen kan kartlägga atomdetaljerna hos virus, dechiffrera cellernas molekylära sammansättning, ta tredimensionella "foton" av nanovärlden, "filma" kemiska reaktioner, och studera processer som de som sker djupt inne på planeter.