TRILLENDE ATOMEN GEVOLGD MET RÖNTGENPULSEN

Met behulp van ultrasnelle laserpulsen kunnen chemische reacties worden gevolgd terwijl ze plaatsvinden. Het is echter nog altijd niet eenvoudig om daarbij ook de atomen echt zichtbaar te maken. In principe kan dat met behulp van röntgendiffractie, maar dan zijn wel snelle röntgenpulsen nodig. Scheikundigen van de universiteit van California in San Diego hebben nu een betrekkelijk eenvoudige methode ontwikkeld om heel snel een röntgendiffractie-plaatje op te nemen (Nature, 25 maart).

Ze illustreren de mogelijkheden van de techniek aan de hand van een kristal van het halfgeleidermateriaal galliumarsenide (GaAs). Door dat met een intense lichtpuls te beschieten, creëerden ze thermische spanning tussen de atomen. Deze gingen als gevolg daarvan heftiger trillen met als uiteindelijk resultaat dat er een geluidsgolf door het kristal heen raasde met een snelheid van zo'n vijf kilometer per seconde. Op een tijdschaal van picoseconden stond het blokje halfgeleidermateriaal dus vooral aan de buitenkant heftig te trillen en veranderden de afstanden tussen de atomen voortdurend. Het aardige is nu dat met behulp van dezelfde laser ook snelle röntgenpulsen konden worden gegenereerd, namelijk door het intense laserlicht op een koperdraadje te richten. Met deze röntgenpulsen werden vervolgens de trillende atomen in beeld gebracht.

Het voordeel van het galliumarsenide is dat het heel zuiver kan worden verkregen en dat de fysische eigenschappen ervan goed bekend zijn. Het is daarom mogelijk om het effect van de verstoring als gevolg van de laserpuls door te rekenen in de computer. Door deze berekeningen te vergelijken met de experimenteel waargenomen plaatjes, kon de beweging van de atomen tot op een paar milli-ångström worden gevolgd. Dat is in de eerste plaats natuurlijk alleen van fundamenteel wetenschappelijk belang. Nu echter steeds meer handzame en toch snelle lasersystemen beschikbaar komen, zal het wellicht mogelijk worden ook het verloop van veel interessantere (biologische) processen met soortgelijke technieken te gaan volgen.

(Rob van den Berg)