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Nanophotonik: Kristallspiegel zeigt verborgene Atome

Die klassische Absorptionsspektroskopie mit Röntgenstrahlung versagt, wenn schwerere Elemente im Inneren einer Probe leichte Atomsorten wie Kohlenstoff abschirmen. Finnische Wissenschaftler entwickelten deshalb eine Spektroskopie mit inelastischer Röntgenstreuung.
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Ein Beinbruch als Folge eines Unfalls, Gepäckkontrollen am Flughafen – weil Röntgenlicht tief in das zu untersuchende Objekt eindringt, vermag es, innere Strukturen sichtbar zu machen. Das Bild, das auf einem Röntgenfilm oder -chip entsteht, offenbart jene Bereiche, von denen die Strahlung absorbiert wurde. Je dicker der Gegenstand und je schwerer die Elemente, aus denen er besteht, desto energiereicher muss sie sein.

Damit erkauft man sich aber einen oft unerwünschten Nebeneffekt: Leichte Atomsorten zeichnen sich kaum noch im Bild ab, denn sie entnehmen diesem Licht um mehrere Größenordnungen weniger Energie. Was aber, wenn das Interesse gerade ihnen gilt?

Beispielsweise kommen Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff in natürlichen wie künstlich hergestellten Materialien häufig vor, etwa in modernen Verbundwerkstoffen. Wenn Wissenschaftler klären wollten, wie diese leichten Atomsorten in eine Umgebung aus schwereren eingebunden sind, mussten sie ihre Proben aufschneiden und die Schnittflächen mikroskopisch untersuchen.

Ein zerstörungsfreies Verfahren bei solchen Fragestellungen wäre eigentlich die Absorptionsspektroskopie: Forscher durchleuchten eine Probe und messen im austretenden Licht, bei welchen Wellenlängen in welchem Maß Energie entnommen wurde. Denn jedes Element zeigt ein charakteristisches Absorptionsverhalten, anhand dessen sich sogar chemische Bindungen unterscheiden lassen. Die interessanten Anregungen bei den drei genannten leichten Atomsorten liegen aber ...
März 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft März 2012

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