In Kürze
Schnellster Film der Welt aufgenommen
Chemische und biologische Reaktionen laufen so schnell ab, dass sie sich bislang nicht in Echtzeit aufzeichnen lassen. Ein „molekularer Film“, der zeigt, wie sich ein Molekül im wichtigsten Moment einer chemischen Reaktion verhält, würde helfen fundamentale Vorgänge der Naturwissenschaften besser zu verstehen. Solche Prozesse sind oft nur einige Femtosekunden lang. In diesem Zeitfenster kann man mit einem ultra-kurzen Lichtblitz zwar ein Bild aufnehmen – aber nicht mehrere. Die Bilder würden sich auf dem Detektor, der das Bild wiedergibt, überlagern und „verwaschen“. Den Detektor alternativ zwischen zwei Bildern auszuwechseln, würde selbst mit Lichtgeschwindigkeit zu lange dauern.
Trotzdem ist es der gemeinsamen Forschergruppe „Funktionale Nanomaterialien“ des HZB und der Technischen Universität Berlin am FEL des DESY Hamburg gelungen, mit Röntgenlicht solche ultraschnellen Bildsequenzen von Mikrometer kleinen Objekten aufzunehmen. Die Forscher hatten eine raffinierte Idee, wie sie die überlagerten Bilder entschlüsseln können: Als Detektor dient ein Röntgen-Hologramm. Es erlaubt, zwei Abbildungen gleichzeitig aufzunehmen. Für die finale Bildsequenz sind mehrere Schritte nötig: Zunächst zerteilen die Wissenschaftler einzelne Strahlenbündel eines Röntgenlaserstrahls in zwei separate Lichtblitze. Einem Lichtblitz zwingen sie einen kleinen Umweg auf, wodurch beide minimal zeitversetzt auf das abzubildende Objekt treffen. Es entstehen zwei Hologramme. Aus diesen kann man beide Bilder mit Hilfe einer mathematischen Funktion rekonstruieren. Dabei ist die Position der rekonstruierten Bilder zum abgebildeten Objekt verschieden und hängt davon ab, von welchem Lichtblitz sie erzeugt wurden. Die Forscher ordnen die Bilder einfach den jeweiligen Lichtblitzen zu und erhalten so die zeitlich richtige Abfolge der Bildsequenz. „Das langfristige Ziel ist, die Bewegung von Molekülen und Nanostrukturen in Echtzeit verfolgen zu können“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Stefan Eisebitt. Die extrem hohe Zeitauflösung gepaart mit der Möglichkeit, kleinste Objekte zu sehen, war die Motivation für die Entwicklung des Verfahrens.
