SPP 1134:  Aufklärung transienter Strukturen in kondensierter Materie mit Ultrakurzzeit-Röntgenmethoden

• Fachliche Zuordnung: Physik
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5471573

Gegenstand des Schwerpunktprogramms sind ultraschnelle Strukturänderungen in kondensierter Materie, die mit Ultrakurzzeit-Röntgenmethoden untersucht werden. Erzeugung und Charakterisierung ultrakurzer Impulse harter Röntgenstrahlung werden dabei verbunden mit dem Nachweis und der Analyse strukturverändernder Prozesse durch Röntgenbeugung und -absorption. Diese Arbeiten zielen ab auf ein grundlegendes Verständnis der dabei auftretenden Nichtgleichgewichtsprozesse, die im Zeitbereich zwischen 10 fs und 10 ps ablaufen, und ihrer mikroskopischen Mechanismen. Auf diese Weise sollen Zusammenhänge zwischen Struktur und Funktion der untersuchten Systeme aufgeklärt werden. Photoinduzierte ultraschnelle Phasenübergänge, z.B. von der festen in die flüssige Phase oder zwischen unterschiedlichen kristallinen Strukturen, und die Dynamik von Kristallgittern, z.B. die Ausbreitung von Phononwellenpaketen oder Schockwellen, werden in Metallen, Halbleitern und Halbleiter-Nanostrukturen studiert. Reversible oder irreversible Veränderungen von Atompositionen werden dabei durch zeitaufgelöste Röntgenbeugung direkt nachgewiesen. Diese Experimente sind eng verknüpft mit theoretischen Simulationen der mikroskopischen Strukturänderungen. In kristallisierten Makromolekülen, d.h. Biopolymeren, Chromopeptiden und Proteinen werden elementare Schritte (bio)chemischer Reaktionen untersucht, in ungeordneten Systemen, z.B. flüssiger Phase, transiente Strukturen unter dem Einfluß der an das System ankoppelnden Umgebung. Die Weiterentwicklung laserbasierter kompakter Kurzpuls-Röntgenquellen und neue Konzepte für Röntgentargets und röntgenoptische Komponenten, wichtige Voraussetzungen für die experimentellen Arbeiten, werden in enger Kooperation der am Schwerpunktprogramm beteiligten Gruppen verfolgt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Characterization of hydrogen bonded transients in liquid water and ice by ultrafast infrared pump and x-ray absorption probe spectroscopy (Antragsteller Wernet, Philippe )
• Femtosecond laser-excited phase transitions and shock waves studied with ultrafast time-resolved X-ray diffraction (Antragsteller Sokolowski-Tinten, Klaus )
• Four-dimensional (spatial and temporal) investigation of hard x-ray emission produced by intense femtosecond laser interactions with solid targets (Antragsteller Gibbon, Paul ;  Teubner, Ulrich )
• Investigation of fast processes in condensed matter by time resolved x-ray diffraction (Antragsteller Uschmann, Ingo )
• Investigation of photo-induced structural changes in solids by ultra-short laser-produced x-ray pulses in transmission geometry (Antragsteller Pretzler, Georg )
• Investigation of transient structures of photo-induced chemical reactions in solution with ultrafast XUV-photoelectron spectroscopy (Antragsteller Abel, Bernd )
• Investigation of ultrafast structural changes of metallic layers and metallo-organic complexes by hard x-ray photoemission and diffraction (Antragsteller Zacharias, Helmut )
• Optimization and first applications of a compact, high-repetition rate, ultrashort hard-x-ray and electron source based on the combination of femtosecond lasers with an x-ray diode (Antragsteller Chichkov, Boris )
• Optimization and first applications of a compact, high-repetition rate, ultrashort hard-x-ray and electron source based on the combination of femtosecond lasers with an x-ray diode (Antragsteller Baumert, Thomas )
• Reversible structural changes of crystalline solids studied by ultrafast x-ray diffraction (Antragsteller Wörner, Michael )
• Structural relaxation of hydrogen bonded systems investigated by time-resolved X-ray diffraction (Antragsteller Laubereau, Alfred )
• Time-dependent diffraction and EXAFS during laser induced ultrashort structural changes: theory and simulations (Antragsteller Garcia, Martin Ezequiel )
• Towards new regimes of lattice dynamics using femtosecond time-resolved x-ray scattering (Antragsteller von der Linde, Dietrich )
• Transient structures in condensed matter investigated by ultrafast x-ray techniques (Antragsteller Elsässer, Thomas )
• X-ray diffraction experiments on ultrafast photochemical reactions in solid state and solution with regard to biological applications (Antragsteller Zinth, Wolfgang )
• X-ray spectroscopy with high temporal and spatial resolution (Antragsteller Spielmann, Christian )

• Sprecher: Professor Dr. Thomas Elsässer