ReFIXED: Resonans och Fluorescens Icke-koherent eXtrem röntgenstrålning Emission och Diffraktion

Projekttitel: ReFIXED: Resonans och Fluorescens Icke-koherent eXtrem röntgenstrålning Emission och Diffraktion
Huvudsökande: Nicusor Timneanu, avdelningen för röntgenfysik
Beviljade medel: 3 935 000 SEK för perioden 2024-2027

Detta projekt har som mål utveckling av en ny teknik för inkoherent avbildning med syftet att bestämma den atomära och elektroniska strukturen hos kondenserad materia och molekyler. Metoden använder superkorta och superstarka röntgenpulser från röntgenlaser för att undersöka den atomära strukturen. På grund av den extrema stråldosen kommer proverna som undersöks joniseras och förvandlas till plasma. Avbildningen görs vanligtvis med koherent röntgenstrålning som sprids elastiskt på atomer och bildar en så kallad diffraktionsbild. Här föreslår vi att använda röntgenfluorescensen som kommer från specifika atomer i provet för att få ytterligare strukturell information av den elektroniska strukturen. Vanligtvis brukar fluorescensen bidra till brus i bilderna, men på ultrakorta tidsskalor går det inte att skilja mellan röntgenfluorescens som emitteras från olika atomer, och då kommer dessa fluorescenser att bilda interferens och ge mer information än vitt brus. Vi har som mål att utveckla interferenstekniken och använda fluorescens från olika metaller, med syfte att få grundläggande kunskap i den ultrasnabba dynamiken, för att förstå mekanismerna bakom resonanser som förstärker signalen, och hur koherensen av strålningen påverkas av den komplexa plasmamiljön. Vi planerar också att använda maskininlärning som stöd i undersökningen av plasmabildning, driven av en röntgenlaser. Vi kommer få mer kunskap om hur vi kan praktiskt genomföra experiment, för att optimera olika förhållanden och experimentella parametrar för att erhålla ny strukturell och spektroskopisk information. Denna studie är på gränsen mellan fysik och biologi, och bygger på vår erfarenhet i Uppsala av ultrasnabb röntgenavbildning av proteiner, parat med den lokala expertisen inom röntgenspektroskopi. Vi föreställer oss denna teknik som en kompletterande metod lämpad för att studera biologiska system, i synnerhet proteiner med metallkluster som katalyserar grundläggande kemiska reaktioner som finns överallt på jorden.