Ultraschnelle kohärente Röntgenquellen und deren Anwendung

Projektziel: Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer Messtechnik zur vollständigen zeitlichen Charakterisierung (Pulsdauer, chirp) von Attosekunden-Pulsen im Bereich weicher Röntgenstrahlen. Die Technik wird auch auf den Bereich von harten Röntgenstrahlen (>10 keV) ausgeweitet und zur Charakterisierung von Pulsen eines Röntgen - Free Electron Lasers (XFEL) mit zu erwartenden Pulsdauern von einigen Femtosekunden bis etlichen Hundert Attosekunden verwendet. Zusammenfassung: Die Erzeugung von immer kürzeren Pulsen spielt eine Schlüsselrolle bei der Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Materie in immer kürzeren Zeitskalen. Entwicklungen der letzten Zeit haben die Pulsdauer von Laserpulsen im sichtbaren Bereich bis an ihre natürliche Grenze, einen Wellenzyklus, getrieben, was bei etwas mehr als einer Femtosekunde (1 fs = 10-15 s) liegt. Zeitaufgelöste Messungen mit diesen Pulsen können zwar die Dynamik von molekularen Strukturen verfolgen, sind aber ungeeignet zur Darstellung von elektronischen Prozessen in Atomen, die sich auf der Attosekunden Zeitskala (1 as=10 -18 s) abspielen. Die Strahlung von Harmonsichen höherer Ordnung im extremen Ultraviolett und weichen Röntgenbereich aus Atomen, die intensiver Laserstrahlung mit Pulsen im Bereich weniger Femtosekunden ausgesetzt werden, konnte zur Erzeugung von einzelnen Röntgenpulsen unter 1 fs verwendet werden. Letzte Entwicklungen an XFELs, angeschlossen an Linearbeschleuniger (LINAC) sind vielversprechend bezüglich der Erzeugung von sub-Femtosekunden Pulsen im harten Röntgenbereich für die nähere Zukunft. Erste Experimente von Inner-Schalen Spektroskopie, durchgeführt am Institut für Photonik, Technische Universität Wien, öffneten den Weg zur Attosekunden Physik. Die dabei verwendeten Attosekunden-Pulse im Bereich des extremen Ultraviolett von 90 bis 100 eV sind neuester Stand der Technik. Etliche elektronische Prozesse in den innersten Schalen eines Atoms, sowie ultraschnelle Struktur- und Elektronendynamik in biologischen Molekülen benötigen jedoch höhere Energie im Röntgenbereich. Die im Projektziel angegebene Forschung soll in Zusammenarbeit mit Jerome Hastings und Mitarbeitern vom Linearbeschleuniger der Stanford University, USA, durchgeführt werden und verbindet zum ersten Mal Laser- basierte Attosekunden Technik mit Elektronenbeschleuniger-Technik zur Erzeugung von ultrakurzen Röntgenpulsen mit höchster Brillianz. Diese neue ultraschnelle Technik soll in bisher unerreichte Zeitbereiche und zu unerreichten Photonenenergien führen und soll zur zeitaufgelösten Spektroskopie von stark gebundenen (Inner- Schalen-) Elektronen verwendet werden.