Neuer Humboldt-Fellow auf dem Campus: Der Spektroskopie-Experte Felix Allum von der Stanford University wird DESYs Freie-Elektronen-Laser FLASH für zeitaufgelöste röntgenspektroskopische Untersuchungen der Dynamik von organischen photochemischen Reaktionen nutzen, die die möglicherweise synthetische Anwendungen finden können. Er kommt mit einem Humboldt-Forschungsstipendium nach Hamburg, einem Förderprogramm der Alexander-von-Humboldt-Stiftung für internationale Forscher, die in Deutschland langfristige Forschungsprojekte durchführen.

Mit den hochintensiven, ultrakurzen Pulsen aus weichem Röntgenlicht, die der Freie-Elektronen-Laser FLASH erzeugt, kann die Umordnung von Elektronen und Kernen in Molekülen bei photochemischen Reaktionen untersucht werden – Chemie, die durch die Absorption von Licht ausgelöst wird. Die Photochemie bildet die Grundlage für viele wichtige Prozesse, von der Energiegewinnung bis zum Schutz biologischer Organismen vor den potenziell schädlichen Auswirkungen des Sonnenlichts. In den letzten Jahren war Felix Allum an einer Reihe von Experimenten beteiligt, die diese Prozesse bei FLASH untersuchen, sowohl während seiner Promotion in physikalischer Chemie an der Universität Oxford als auch als Postdoktorand an der Stanford University.

Jetzt wird Allum dem Team von FLASH beitreten, um ein unabhängiges Forschungsprojekt zu verfolgen, das durch ein angesehenes Alexander von Humboldt-Stipendium für zwei Jahre finanziert wird. Er wird photochemische Reaktionen mit potenziellen Anwendungen in der organischen Synthese erforschen. „Es gibt großes Potenzial für die Nutzung lichtinduzierter Reaktionen bei der Synthese von Chemikalien, die für moderne Technologien und Medikamente unerlässlich sind. Vor allem in Anbetracht der aktuellen Klimakrise können wir die erheblichen Energiekosten, die mit dem Erhitzen verbunden sind, möglicherweise umgehen, indem wir stattdessen die gewünschte Chemie mit Licht auslösen und so 'grünere' Synthesestrategien entwickeln“, erklärt Allum. „Wenn ein Molekül Licht absorbiert, sind jedoch eine Reihe konkurrierender Reaktionen möglich. Normalerweise können wir für ein bestimmtes Molekül nicht vorhersagen, ob es die synthetisch erwünschte Reaktion oder eine unerwünschte Nebenreaktion auslösen wird. Um die Photochemie in vollem Umfang synthetisch nutzen zu können, benötigen wir ein besseres grundlegendes Verständnis.“

Um dieses grundlegende Verständnis zu entwickeln, wird Allum zeitaufgelöste Röntgenspektroskopie an FEL-Anlagen wie FLASH einsetzen. Optische Spektroskopien werden seit langem zur Untersuchung der photochemischen Reaktionsdynamik eingesetzt, aber wie der Forscher erklärt, kann die Ausweitung dieser Techniken auf den Röntgenbereich völlig neue Erkenntnisse ermöglichen. „Wenn wir in den Röntgenbereich vordringen, erhalten wir Zugang zu spektroskopischen Übergängen, die mit bestimmten atomaren Stellen innerhalb eines Moleküls verbunden sind. So können wir den lokalen Fluss der Elektronendichte innerhalb eines photo-angeregten Moleküls verfolgen, der letztlich die Kerndynamik steuert, die die Photochemie und die Bildung neuer Produktarten bewirkt. Diese Informationen sind mit herkömmlichen spektroskopischen Techniken, die sichtbares oder ultraviolettes Licht verwenden, nicht direkt zugänglich.“

Während seines Humboldt-Stipendiums wird Allum eng mit der Forschungsgruppe von Markus Gühr, leitender Wissenschaftler bei FLASH und Professor für Chemie an der Universität Hamburg, zusammenarbeiten. „Ich freue mich sehr auf die Zusammenarbeit mit dem Team von Prof. Gühr“, sagt Allum. „Die Forschungsinfrastruktur und die Expertise, die sie bei FLASH aufgebaut haben, sind wirklich weltweit führend, und ich freue mich sehr darauf, davon zu profitieren.“ Die Aufrüstung von FLASH2020+, der sich die Anlage derzeit unterzieht, wird für Allums Forschung ebenfalls von großem Vorteil sein, da sie den Bereich der zugänglichen Photonenenergien erweitert und die experimentellen Auflösungen verbessert, die erreicht werden können.