Der European XFEL schafft einzigartige Bedingungen, um Atome, Moleküle, Atomcluster oder Nanoteilchen in extrem hohen Röntgenstrahlungsfeldern zu untersuchen. Neben Fortschritten in der Grundlagenforschung können diese Erkenntnisse zu neuen Produkten führen – wie neuartigen Katalysatoren oder mittels Röntgenlicht gesteuerten Elektronikbauteilen.
Die Röntgenblitze des European XFEL werden neuartige Experimente mit Atomen, Molekülen, Ionen oder Atomclustern ermöglichen. Aufgrund der hohen Intensität der Blitze werden die Teilchen in neue, bisher unbekannte Zustände versetzt. Der European XFEL schafft damit eine einzigartige Umgebung für Grundlagenforschung, die völlig neue Erkenntnisse über bisher nicht untersuchte Prozesse ermöglichen wird.
Mehrfach ionsisierte Zustände
Ein Beispiel sind mehrfach ionisierte Zustände, bei denen den Teilchen auf einen Schlag mehrere Elektronen entzogen werden. In diesen ionisierten Zuständen zeigen die Teilchen neue Eigenschaften. Die Untersuchung dieser bisher unbeobachteten Zustände ist für das Verständnis atomphysikalischer Zusammenhänge von großer Bedeutung. Aber auch die Energieforschung kann von den Erkenntnissen in diesem Bereich profitieren.
Cluster
Der European XFEL wird auch neue Einsichten in die Welt der Atomcluster bringen. Dabei handelt es sich um schwach gebundene Ansammlungen aus wenigen bis zu einigen zehntausend Atomen. Diese Objekte zeichnen sich durch viele verblüffende und unverstandene Eigenschaften aus. So kann sich etwa die chemische Reaktionsfreudigkeit eines Clusters um mehrere Größenordnungen ändern, wenn man nur ein einziges Atom hinzufügt oder entfernt. Cluster sind vielversprechende Kandidaten für neuartige Anwendungen – vom Katalysator über den magnetischen Speicher bis hin zum optoelektronischen Schaltkreis. Die Untersuchung von Clustern in intensiven Röntgenfeldern wird nicht nur neue Erkenntnisse über deren Aufbau und Gesetzmäßigkeiten herbeiführen, sondern auch zu neuen technologischen Anwendungen führen.
Nichtlinearität
Welches Potenzial das Wissen um das Verhalten kleiner Objekte in sehr intensiven Lichtfeldern besitzt, hat die Entwicklung der Lasertechnologie in den letzten Jahrzehnten gezeigt. Schon heute spielt die Photonik, die Nutzung von sichtbarem Licht etwa in der Kommunikationstechnologie, eine große Rolle. Von Bedeutung sind hier vor allem so genannte nichtlineare Effekte. Diese liegen beispielsweise vor, wenn zwei Photonen mit derselben Wellenlänge auf ein Material treffen und sich in ein Photon mit der doppelten Energie verwandeln. Für Röntgenlicht sind nichtlineare Prozesse sehr selten und deshalb bisher kaum untersucht. Die intensiven Röntgenblitze des European XFEL werden es erstmals ermöglichen, nichtlineare Prozesse im Röntgenbereich systematisch zu untersuchen. Interessant werden dabei auch gemischte Situationen sein, bei denen Licht aus dem sichtbaren Bereich mit Röntgenstrahlung zusammenwirkt.
