Molekülfilm

Berliner Forscher filmen Nanostrukturen

Berliner Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, um Bilder mit einem Abstand von wenigen Femtosekunden aufzunehmen. So soll es möglich sein, Prozesse im Nanobereich zu filmen.

Forscher haben eine Methode entwickelt, um Vorgänge im Nanobereich zu filmen. Da die aufgenommenen Objekte nicht nur sehr klein sind, sondern die Vorgänge auch nur wenige Femtosekunden dauern, ist es sehr schwierig, sie filmisch festzuhalten. Das erfordert neben einer sehr starken Vergrößerung auch extrem kurze Belichtungszeiten. Den Wissenschaftlern des Berliner Helmholtz-Zentrums für Materialien und Energie (HZB) und der Technischen Universität Berlin (TUB) ist es gelungen, Bilder im Abstand von 50 Femtosekunden aufzunehmen.

Überlagerte Bilder

In einer so kurzen Zeit ist es möglich, mit einem ultrakurzen Lichtblitz ein Bild aufzunehmen. Mehrere Bilder aufzunehmen, ist unmöglich, da diese sich dann auf dem Detektor überlagern und undeutlich sind. Den Detektor zwischen zwei Bildern auszutauschen, ist wegen der schnellen Bildfolge nicht möglich. Deshalb ließen sich die Berliner Forscher um Projektleiter Stefan Eisebitt etwas anderes einfallen: Sie nahmen mit Hilfe eines Röntgenhologramms als Detektor zwei Bilder gleichzeitig auf und rekonstruierten anschließend die einzelnen Abbildungen.

Dazu werden zunächst die Röntgenpulse in zwei separate Lichtblitze aufgeteilt: Ein Lichtblitz wird umgeleitet, so dass er minimal später auf das abzubildende Objekt trifft. So entstehen zwei überlagerte Hologramme. Die Position der Bilder zum abgebildeten Objekt ist jedoch verschieden - je nachdem, von welchem Lichtblitz sie erzeugt wurden. Das nutzten die Forscher, um die Einzelbilder zu rekonstruieren: Sie ordneten jedes Bild dem passenden Lichtblitz zu und erhielten so eine zeitlich richtige Abfolge der Bildsequenz.

Kurzfilm über Mini-Brandenburger-Tor

Eisebitt und seine Kollegen haben ihre Methode am Deutschen Elektronensynchrotron (Desy) in Hamburg getestet. Dort nahmen sie mit dem Röntgenlicht des Lasers Flash-Bilder eines Modells des Brandenburger Tors im Mikroformat im Abstand von 50 Femtosekunden auf. Ihre Ergebnisse haben sie im britischen Fachmagazin Nature Photonics beschrieben.

Ziel des Projektes war es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich sehr kleine Objekte mit einer sehr hohen zeitlichen Auflösung aufnehmen lassen. Das ermögliche es langfristig, die Bewegung von Molekülen und Nanostrukturen in Echtzeit zu verfolgen, erklärt Eisebitt. So soll beispielsweise sichtbar gemacht werden können, wie sich ein Molekül bei einer chemischen Reaktion verhält. Von solchen Aufnahmen erhoffen sich Wissenschaftler ein besseres Verständnis fundamentaler Vorgänge der Naturwissenschaften.