Láser de electrones libres en el camino hacia cine molecular

Los físicos desarrollan método centralizado para monitorear ultra-cortos destellos de rayos-X

Con su ultra-cortos pulsos de rayos X para abrir denominado láser de electrones libres, la oportunidad de filmar reacciones químicas y para observar el movimiento de los átomos. Estos movimiento súper lento, pero debe perfil de llegada y temporal de los pulsos de rayos X debe ser conocida con precisión. Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un método de medición que permite una completa caracterización temporal de los pulsos individuales de los electrones libres del láser DESY FLASH . El grupo liderado por Adrian Cavalieri desde el Centro de Ciencias de Hamburgo por láser de electrones libres (CFEL) fue capaz de medir el perfil temporal de la persona de rayos X pulsos de femtosegundo con precisión. Un femtosegundo es la billonésima parte de un (millonésimas de una mil millonésima parte de un segundo) segundo.Esta técnica se puede utilizar en cualquier rayo de electrones libres del mundo. El equipo de investigación publicado en la revista "Nature Photonics" de sus intenciones.

Un campo terahertz acelera fotoelectrones eran de electrones libres de rayos X láser expulsados ​​de los átomos de neón. De esta manera, el perfil de tiempo, y la llegada de cada uno pulsos de rayos X medido con precisión de femtosegundo. (Foto: Jörg Harms / MPSD en CFEL)

Los extremadamente ligero y ultra corta pulsos de rayos X de los láseres de electrones libres (FEL) ofrecen oportunidades únicas de investigación. Trillones de fotones se concentran en un flash - un pulso de unas pocas decenas de duración femtosegundos. Sin embargo, la llegada exacta e incluso el perfil temporal del impulso FEL dramáticamente cambiar de un pulso al siguiente. Para utilizar el láser de rayos X a "películas" procesos ultrarrápidos dinámicos, el tiempo de llegada de cada pulso se puede medir. Sólo entonces las imágenes individuales que se incluyen con cada destello, el orden temporal correcto.

El uso de un tiempo preciso de femtosegundos pulsos de rayos X FEL son tan cortos que los átomos en movimiento, las reacciones químicas y las transiciones de fase en materiales con resolución atómica se puede observar en el intervalo de femtosegundos. La medición simultánea del perfil de pulso también proporciona la capacidad de seguimiento de los cambios incluso durante la exposición de las imágenes individuales. En estas escalas de tiempo son ya el movimiento de los electrones y la dinámica de los estados electrónicos de importancia. La dinámica del electrón puede estar a punto biomoléculas daños y podría destruir antes de que una imagen clara de cristal podrían adoptarse.

Para sus mediciones, los científicos que adaptaron excepto por DESY y CFEL por European XFEL, que vienen Dublin City University, la Universidad de Hamburgo y SLAC en la física de attosegundos (un attosegundo es una milésima de un femtosegundo) aplicó método de la  fotoelectrones llamada Streaking. Esto permite que los perfiles de variables en el tiempo récord de señales de luz. Gracias a la enorme intensidad de los destellos FEL, los investigadores estas mediciones en FLASH incluso la conducta de los impulsos individuales. Por lo tanto, los destellos de rayos-X fueron fusilados en el camino a su objetivo con gas neón. Cada pulso genera una ráfaga de fotoelectrones que son expulsadas desde el gas noble. El perfil temporal de los fotoelectrones correspondientes a la del pulso.

Con un campo electromagnético terahertz los fotoelectrones se acelera o desacelera - dependiendo del momento en que fueron emitidos. Que se registra por medio de un tiempo-de-espectrógrafo. A condición de que la forma exacta del impulso de terahercios se sabe, la combinación de esta información. El perfil de tiempo y el tiempo de llegada de la persona pulsos de rayos X con una precisión de aproximadamente el cinco por femtosegundo

"La medición simultánea de la hora de llegada y el perfil del pulso, independiente de todos los demás parámetros de FEL, es la clave de esta tecnología ", dijo Cavalieri, un profesor de la Universidad de Hamburgo y director del Instituto Max Dinámica Planck de Investigación del Grupo estructurales en el CFEL es. Hasta el momento, ninguna otra técnica ha proporcionado toda la información sobre el calendario de esta - sólo que la información es crucial para las aplicaciones futuras de este únicas fuentes de luz de rayos-X.

Los datos publicados por el grupo de investigación para mediciones de caracterización de pulso no perturbar el rayo  FEL  - es sólo ir insignificantes pocos fotones perdidos en la generación de los fotoelectrones. Por lo tanto, la técnica puede, en principio, aplicarse a prácticamente cualquier longitud de onda en cada experimento, por ejemplo, en los que, especialmente en el norte de Alemania en la construcción europea XFEL. En FLASH, el método vendrá en el futuro para controlar y corregir la duración del pulso FEL para una variedad de estudios en cosmos atómicos y moleculares utilizados. En experimentos adicionales, los investigadores planean utilizar estas mediciones de alta precisión como retroalimentación para adaptar los perfiles de rayos pulso.

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Estudio original:

“Ultrafast X-ray pulse characterization at free-electron lasers”; Ivanka Grguraš et al.; “Nature Photonics”, 2012 (advance online publication); DOI: 10.1038/NPHOTON.2012.276 

Fuente: http://www.desy.de/infos__services/presse/pressemeldungen/@@news-view?id=4061&lang=ger