La spettroscopia a raggi X fornisce un accesso diretto alla natura dei legami chimici, da cui si può capire l'esito delle reazioni chimiche. Così, i ricercatori stanno esplorando sia lo sviluppo di sorgenti di raggi X sia l'implementazione di nuovi metodi di misurazione. I ricercatori del Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy (MBI) hanno ora combinato con successo una sorgente armonica di ordine superiore estremo basata su laser da tavolo per la spettroscopia di assorbimento di raggi X molli a impulsi brevi nella finestra dell'acqua con un nuovo tecnologia a getto piatto. Sono i primi a dimostrare il sondaggio simultaneo di atomi di carbonio e azoto in molecole organiche in soluzione acquosa.

La spettroscopia di assorbimento dei raggi X (XAS) monitora gli orbitali elettronici non occupati con la specificità dell'elemento da cui è possibile derivare la struttura elettronica. Per la maggior parte delle molecole organiche, la regione spettrale dei raggi X molli (100-1000 eV) è rilevante, come transizioni K-edge di elementi a bassa Z (C, N, e O), e lì si trovano i bordi L dei metalli 3-D. L'XAS viene in genere eseguito in strutture su larga scala come anelli di accumulo o laser a elettroni liberi. Le sorgenti laser da tavolo sono state finora utilizzate solo in modo sparso per sondare materiali puri, per esempio., metalli e film organici. Finora, non sono state riportate misurazioni dei K-edge di carbonio o azoto di molecole organiche in soluzione acquosa diluita.

Il team di ricerca dell'MBI ha ora sviluppato una sorgente luminosa di impulsi a raggi X molli a femtosecondi sfruttando il processo di generazione di armoniche di ordine elevato estremo. Sono stati utilizzati impulsi driver a lunghezza d'onda lunga (1,8 μm) generati con un sistema laser Ti:zaffiro amplificato per generare armoniche di ordine elevato ben al di sopra della gamma spettrale convenzionale, cioè., ora si estende fino a 450 eV. Hanno combinato questa sorgente con la tecnologia a getto piatto liquido perfettamente funzionante in condizioni di vuoto. Gli spettri di assorbimento allo stato stazionario di molecole organiche e sali inorganici in un foglio sottile (~ 1 μm) di soluzione acquosa possono ora essere misurati in tutta la cosiddetta regione della finestra dell'acqua tra 200-540 eV (vedi Fig. 1). In particolare, questa tecnica consente il sondaggio locale simultaneo di entrambi i siti di carbonio e azoto all'interno delle molecole. Con questo la ricerca, hanno dimostrato la fattibilità di seguire più siti all'interno di sistemi molecolari, con la possibilità di sondare possibili correlazioni tra questi siti su riarrangiamenti molecolari.

Questa indagine rappresenta un passo importante verso l'indagine sistematica di riarrangiamenti ultraveloci di sistemi molecolari in fase di soluzione con spettroscopia a raggi X molli a femtosecondi. Ciò potrebbe portare nuove conoscenze sui processi di trasporto di carica ultraveloci e sulle reazioni fotoindotte in chimica e biologia.