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Forschungszentrum Jülich

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Anwendung von Synchrotronstrahlung in der Kristallographie

Die Kristallographie ist heute ein Forschungsgebiet, welches wie kaum ein anderes interdisziplinären Charakter besitzt. Das Besondere ist dabei die holistische Sichtweise der untersuchten Materialien. Der Physiker ist möglicherweise an den physikalischen Eigenschaften eines Kristalls oder an einem speziellen Effekt interessiert, für den Chemiker stehen Synthese, Reaktionen und chemische Bindungen von Molekülen im Vordergrund und der Materialwissenschaftler studiert und modelliert z.B. Realstruktur, Mikrostruktur und Eigenschaften seiner Stoffe. Aus der Sicht des Kristallographen stellen diese Aspekte aber nur verschiedene Facetten des gleichen Objekts namens Kristall dar. Er versucht ein einheitliches Bild der Korrelationen zwischen chemischer Zusammensetzung, Struktur und den Eigenschaften eines Materials zu erhalten.

Kristallographie mit Synchrotronstrahlung wird fast ausschließlich im mittel- bis kurzwelligen Röntgengebiet mit einer Teilchenenergie E>2keV betrieben, in Deutschland hauptsächlich im HASYLAB bei DESY. Sie erfordert Kompatibilität der Geräte mit den speziellen Strahlungseigenschaften und damit vielfach Abkehr von tradierten Instrument-Typen. Die Synchrotronstrahlung ermöglicht qualitativ neuartige Experimente: Nutzung der Durchstimmbarkeit der Primärstrahlung (z.B. für energie-dispersive Pulverdiffraktometrie, anomale Dispersion, EXAFS), ihrer Kollimation (z.B. Hochauflösung, Interferometrie, stehende Wellen), ihrer Polarisation (nicht-Bragg-Streuung, atomare Anisotropien, Röntgen-Kristalloptik) und der Zeitstruktur (Kinetik). Diese Forschungszweige entwickeln sich zur Zeit stürmisch.

Die Verfügbarkeit leistungsstarker, "heller" Strahlungsquellen ist eine ganz wesentliche Voraussetzung für erfolgreiche Strukturbestimmungen. Die Technik der Röntgenstrukturbestimmung wird mit den sog. "Röntgenlasern" (s. FEL ) noch einmal eine deutliche Steigerung ihrer Leistungsfähigkeit erfahren. Die Aussichten stehen nicht schlecht, dass damit nach und nach die Enthüllung der kompletten molekularen Maschinerie des Lebens gelingt, Atom für Atom.

Quellen: Deutsche Gesellschaft für Kristallographie / RWTH Aachen: Kristallographie - Apparative und methodische Entwicklungen an Großforschungsanlagen

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