Synkrotronljuset från Lund

Relevanta dokument
Sagan om ringarna. Berättelsen om en liten MAX hur han började gå, växte upp och blev stor.

Vitamininjektioner för Lundafysiken

MAX IV Vår nya ljuskälla. Åke Kvick, MAX-lab, Lund, Sweden

Bengt Edlén, atomspektroskopist

Kvantmekanik. Kapitel Natalie Segercrantz

En resa från Demokritos ( f.kr) till atombomben 1945

If you think you understand quantum theory, you don t understand quantum theory. Quantum mechanics makes absolutely no sense.

Snabba atomer och lysande stjärnor. Hur spektrallinjer berättar om exciterade atomers livstider och den kemiska sammansättningen hos stjärnor.

Repetitionsuppgifter. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Kapitel 33 The nature and propagation of light. Elektromagnetiska vågor Begreppen vågfront och stråle Reflektion och brytning (refraktion)

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 1

Nobelpristagaren som försvann. Om hur en man från Örebro belönades med Nobelpris tack vare en lyckad konstruktionsblick och största noggrannhet.

Vågrörelselära och optik

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

Nanoteknologi. Om hur nanokonceptet växer i Lund. Nanoteknologi 292

Supersymmetri. en ny värld av partiklar att upptäcka. Johan Rathsman, Lunds Universitet. NMT-dagar, Lund, Symmetrier i fysik

Fysikaliska modeller

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 2

1. Elektromagnetisk strålning

The nature and propagation of light

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 12, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 19, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

WALLENBERGS FYSIKPRIS 2012

Fotoelektriska effekten

Lösningar - Rätt val anges med fet stil i förekommande fall (obs att svaren på essäfrågorna inte är uttömmande).

1 Den Speciella Relativitetsteorin

BFL 111/ BFL 120 Fysik del B2 för Tekniskt Basår/ Bastermin

Välkomna till Kvantfysikens principer!

I Einsteins fotspår. Kvantfysik och Statistisk fysik. Lars Johansson, Karlstads universitet. I Einsteins fotspår

3. Ljus. 3.1 Det elektromagnetiska spektret

Atomens historia. Slutet av 1800-talet trodde man att man hade en fullständig bild av alla fysikaliska fenomen.

Halvledarfysik. Hur fasta tillståndets fysik kom till Lund.

Kapitel: 32 Elektromagnetiska vågor Maxwells ekvationer Hur accelererande laddningar kan ge EM-vågor

Vågfysik. Ljus: våg- och partikelbeteende

Information om kursen

Kvantteknologi. Superpositioner, entanglement, kvantbitar och helt döda katter

Supersymmetri. en ny värld av partiklar att upptäcka. Johan Rathsman, Lunds Universitet. NMT-dagar, Lund, Symmetrier i fysik

Nobelpriset i kemi 2007

F2: Kvantmekanikens ursprung

Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: KBAST16h KBASX16h. TentamensKod: Tentamensdatum: Tid: 09:00 13:00

Mer om E = mc 2. Version 0.4

Instuderingsfrågor, Griffiths kapitel 4 7

1.5 Våg partikeldualism

MATTIAS MARKLUND GRUNDLÄGGANDE FYSIKFORSKNING OCH MILITÄRFORSKNING

Projekt listan Lasern Laserspektroskopi för atmosfärstudier Laserkylning

Kapitel 4. Materievågor

Ljuskällor. För att vi ska kunna se något måste det finnas en ljuskälla

Diffraktion och interferens Kapitel 35-36

Parbildning. Om fotonens energi är mer än dubbelt så stor som elektronens vileoenergi (m e. c 2 ):

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 122 / BFL 111

Studieplan för utbildning på forskarnivå. Teknisk fysik med inriktning mot materialanalys

WALLENBERGS FYSIKPRIS 2017

Standardmodellen. Figur: HANDS-ON-CERN

Innehåll. Förord Del 1 Inledning och Bakgrund. Del 2 Teorin om Allt en Ny modell: GET. GrundEnergiTeorin

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 10 Relativitetsteori den 26 april 2012.

Fysik del B2 för tekniskt basår / teknisk bastermin BFL 120/ BFL 111

Kursplanen är fastställd av Naturvetenskapliga fakultetens utbildningsnämnd att gälla från och med , höstterminen 2019.

Milstolpar i tidig kvantmekanik

LABORATION ENELEKTRONSPEKTRA

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Från statisk elekricitet till kosmisk strålning: En laddad historia. Miklos Långvik, NO-biennalen Umeå

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Uppgift 1. Bestämning av luftens viskositet vid rumstemperatur

Fysikum Kandidatprogrammet FK VT16 DEMONSTRATIONER MAGNETISM II. Helmholtzspolen Elektronstråle i magnetfält Bestämning av e/m

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

4-1 Hur lyder Schrödingerekvationen för en partikel som rör sig i det tredimensionella

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

Kai Siegbahn till minne

Alla svar till de extra uppgifterna

VIII. Utgiven av Fysiska institutionen

Hur mycket betyder Higgspartikeln? MASSOR!

Plasmonresonans I metaller så hålls atomerna ihop av

Kvantmekanik. Kvantmekaniken: De naturlagar som styr förlopp i den mikroskopiska världen (och i den makroskopiska!) Kvantmekanik.

GRUNDERNA FÖR MOLEKYLÄR SPEKTROMETRI

Presentationsmaterial Ljus som vågrörelse - Fysik B. Interferens i dubbelspalt gitter tunna skikt

Tentamen i Materia, 7,5 hp, CBGAM0

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

Synkrotronljusfysik strategisk utveckling och nya utlysta läraranställningar

6 Styrelsefrågor 6.1 Styrelseval. Information. 6.2 Tider våren 2017, förslag: 8 feb., 15 mars, 17 maj, 21 juni.

Diffraktion och interferens

KURSPLAN I FYSIK, KEMI OCH BIOLOGI för år 7-9 vid Vifolkaskolan, Mantorp

Tentamen i Fotonik , kl

Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi?

Kapitel 36, diffraktion

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

I once saw Einstein on a train which whistled past our station. - Your clock ticks much too slow, I yelled. - Ach, nein. That's time dilation

Lösningsförslag. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Föreläsning 2. Att uppbygga en bild av atomen. Rutherfords experiment. Linjespektra och Bohrs modell. Vågpartikel-dualism. Korrespondensprincipen

Lösningar Heureka 2 Kapitel 14 Atomen

Antenner exempel. Klassiska antenner

Vågrörelselära och optik

Prov (b) Hur stor är kraften som verkar på en elektron mellan plattorna? [1/0/0]

attraktiv repellerande

Diffraktion och interferens

Tentamen i Fysik för K1,

Välkomna till kursen i elektroniska material!

Välkomna till kursen i elektroniska material! Martin Leijnse

INSTITUTIONEN FÖR FYSIK

Transkript:

Synkrotronljuset från Lund Hur lundafysiker lärde sig använda synkrotronljus på olika sätt. Synkrotronljuset från Lund 392

Alla tiders ljus 393 När JC Maxwell 1873 ställde upp sina berömda formler som förenade elektricitetslära med magnetism avslutades den klassiska fysikens epok och den nya kvantmekaniska fysiken stod för dörren. Fjorton år senare visade Heinrich Hertz att elektriska strömmar åstadkom elektromagnetiska fält som strålade ut med ljusets hastighet. Därmed var grunden lagd för synkrotronljus. Den allmänna teorin för strålning visade sig vara komplicerad. Alfred Liénard skrev 1898, ett år efter elektronens upptäckt, uppsatsen Elektriska och magnetiska fält. Alfred-Marie Liénard 1869-1958 Maxwells ekvationer.

Synkrotronljuset är en relativistisk effekt Albert Einstein formulerade sin speciella relativitetsteori år 1905. Då kunde Liénards beräkningar vidareutvecklas av GA Schott år 1912. Följande strålprofiler erhölls: a) a) En elektron i cirkulär bana sänder ut strålning. Är hastigheten låg riktas strålningen åt alla håll. Mest strålas det på högkant mot banan, minst mot banans centrum. Strålningen är monokromatisk. b) Nära ljushastigheten strålar elektronerna åt endast ett håll. Strålningen är koncentrerad till en smal kon och innehåller alla våglängder. b) strålningsprofil elektronbana strålningsprofil Synkrotronljuset från Lund 394

Pionjärerna 395 Acceleratorer för laddade partiklar utvecklades på 1930-talet. Först ut med en fungerande elektronaccelerator var DW Kerst år 1941 med en betatron på 2 MeV. Den byggde på transformatorprincipen. J P Blewett kände till Schotts beräkningar om hur strålning sänds ut och observerade krympande elektronbanor på grund av denna strålning. Själva strålningen observerades våren 1947. När en tekniker vid en 70 MeVs betatron observerade en kraftig ljusstråle tangentiellt ut från vakuumröret var synkrotronljuset upptäckt. Synkrotronstrålljusspektrum i olika typer av elektronbanor. Det mest citerade teoretiska arbetet om synkrotronljusstrålning författades av J Schwinger (1918-1994).

MAX-projektet MAX-lab är Sveriges synkrotronljuslaboratorium placerat i Lund. Det startade år 1973 som ett kärnfysikprojekt och fem år senare utvecklades det till att även innefatta en synkrotronljuskälla. 100 MeV Mikrotron (Här accelereras elektronerna) Avböjning i magnetfält Magnet Styrmagnet Linac (accelerationsområde) Magnetskärm Magnet som slungar ut elektronerna Magnetskärm Elektronkanon Avböjning i magnetfält Magnet In- och utträdesmagnet Accelerationsgap (kavitet) Kvadrupoler 500 MeV Lagringsring Dipolmagneter Principskiss över MAX I-ringen. Rörligt prov Synkrotronljus Monokromator (Här splittras ljuset) Kicker Taggingmagnet Undulator Prov Synkrotronljuset från Lund 396

Uppbyggnaden 397 En docenttjänst i synkrotronljusfysik inrättades även om ingen sådan forskning bedrevs i Lund och det blev Anders Flodström från Linköping/Stanford som fick tjänsten. Han var full av idéer och en framgångsrik entreprenör. Dessutom en av huvudansökarna till MAX-labs utvidgning och den vetenskapliga bestyckningen av synkrotronljusringen. I arbetet med bestyckningen av synkrotronljusringen var huvudprincipen att laboratoriet borde utvecklas till ett nationellt forskningscentrum. Alla aktiva grupper i landet som bedrev denna forskning skulle känna sig välkomna och kunna nyttja utrustningen. Spektralområdet för de hittills planerade monokromatorerna vid MAX. Kurvan visar intensiteten av synkrotronljuset från en dipolböjmagnet vid MAX. Anders Flodström Universitetslektor i synkrotronstrålning fysik från 1981-1985, senare professor, dekanus och rektor av två svenska universitet.

Nationellt laboratorium Synkrotronljuset från Lund 398

Forskare från alla håll strömmar till 399 År 1980 erbjöd rektorsämbetet vid Lunds universitet MAX-projektet en välutrustad maskinhall. Acceleratorn kom i drift för forskning 1986, och laboratoriet invigdes året därpå. I MAX-labs första årsrapport finns 16 olika synkrotronljusprojekt redovisade. Ett är av två unga forskare, Ulf Karlsson från MAX-lab och Roger Uhrberg från Linköping. De rapporterade om inre högupplösta elektronnivåer i Au/Si (111) gränssnitt. Innan dess hade Anders Flodström lämnat sin docenttjänst vid MAX-lab och efterträtts av uppsalafysikern Ralf Nyholm.

Ett hus fyllt av ljus Synkrotronljuset från Lund 400

Kompetens drar till sig kompetens 401 Vid denna tid (sept 88 - aug 89) var Ingolf Lindau på sabbatsår från Stanford i Sverige vid MAX-lab. Detta var synnerligen betydelsefullt för MAX-labs framtid. Man hade till förfogande en synkrotronljusforskare med gott internationellt rykte. Han var just den rätte mannen att arbeta fram en ansökan om MAX II. Redan våren 1986 ansökte LU om en professur i synkrotronljusfysik som beviljades i juli 1988 och Ingolf Lindau tillträdde tjänsten 1990.

Kunglig glans Ingolf Lindaus uppgift var tvåfaldig. Han skulle lotsa fram MAX II-projektet till ett färdigt laboratorium och bygga upp en forskningsavdelning. Han lyckades. När han avgick som föreståndare 1997 var den nya och den gamla lagringsringen bestyckade med 16 strålrör. Dessutom fanns det 4 insättningselement av typ wiggler och undulator. Ingolf lämnade även efter sig en forskargrupp med 17 medlemmar som utförde förstklassisk forskning. Den internationella utvärderargruppen var full av beundran och kallade prestationen heroisk. Synkrotronljuset från Lund 402

Fotoelektronspektroskopi 403 Fotoelektronspektroskopi, belönat med Nobelpriset i fysik till Kai Siegbahn 1981, blev starten för den nyetablerade synkrotronljusavdelningen 1990. Ralf Nyholm och Jesper Andersen studerade ytfysikaliska och ytkemiska problem. Exempelvis utfördes adsorptionsstudier av kolmonoxid på en enkristallin yta av rhodium. Vid låga täckningar finns endast en topp (kol 1s) som relateras till CO bindning direkt ovanför en Rh ytatom. Vid ökad täckning dyker ytterligare en topp upp som kan tolkas som CO i en hålposition på Rh ytan. Toppen på kol 1s återspeglar läget av kolmonoxiden på metallytan. I högra figuren visas mer detaljerade spektra som också avslöjar vibrationsnivåer.

Molekyl och klusterforskning Exemplet visar hur vattenmolekylens geometri ändras när det elektroniska sönderfall som påverkar molekylorbitalerna skapar bindningar mellan atomerna. Stacey Ristinmaa Sörensen, ville förstå dynamiken i material vid mycket låga tätheter som belyses med synkrotronljus. Hur reagerar materialet för ljuset och hur snabbt sker kemiska reaktioner som startas? Hur beter sig fria nanopartiklar och kluster? Genom att använda kortlivade elektroniska tillstånd som klocka kunde gruppen i samarbete med svenska forskargrupper inom molekylfysik och kvantkemi följa molekylernas dynamik på tidsskalan 10-15 sekunder. Stacey Ristinmaa Sörensen, föreståndare för avdelningen för synkrotronljusfysik. Synkrotronljuset från Lund 404

Ytkatalytiska experiment 405 Joachim Schnadt, professor i fysik med inriktning mot synkrotronljusbaserad in-situ-elektronspektroskopi. Syre 1s elektronspektra visar hur koldioxid skapas genom katalys där O 2 (röda toppar) och CO reagerar kraftigt med en platinayta när temperaturen ökar. Det bekräftas genom masspektrometri. Ytkatalytiska experiment vid höga gastryck begränsar möjligheten att använda elektronspektroskopin som kräver mycket låga tryck. Synkrotronljusets höga briljans gör att svårigheterna övervinns och in-situ experiment blir möjliga. Denna teknik utvecklades av professor Joachim Schnadt. Han och hans forskargrupp har vid MAX II bland annat lyckats studera hur en platinayta reagerar med en gasblandning av kolmonoxid och ren syrgas. Vid ökande temperatur oxiderar kolmonoxiden till koldioxid. Experimentet visar en ny koldioxid-gasfastopp för temperaturer kring 535 K.

Katalys och elektrokemi Hård röntgenstrålning (25-85 kev) från synkrotronljuskällor lämpar sig utmärkt för att studera material och processer på den atomära skalan i miljöer nära de som används i kommersiellt bruk eller produktion. Med grundforskning inom ytfysik som bakgrund har avdelningen för synkrotronljusfysik utvecklat nya metoder baserade på interferens och diffraktion för ökad förståelse av moderna material som används eller kommer att användas inom katalys, elektrokemi och kristallväxt. Synkrotronljusforskare Johan Gustafson och Edvin Lundgren Synkrotronljuset från Lund 406

Ytstruktur på atomskala 407 Sveptunnelmikroskopi, som belönades med Nobel-priset 1986, gör det möjligt att se hur enskilda atomer är ordnade på ytan av exempelvis nanotrådar. Hos en nanotråd spelar ytan stor roll för dess egenskaper eftersom den nästan bara består av yta. Nanotrådar är vanligtvis någon mikrometer långa och några tiotals nanometer tjocka och användbara i till exempel elektronik, solceller och LED-lampor. Under ledning av Lars Johansson var Lunds universitet först i Sverige med denna nya mikroskopi och idag bedrivs mycket forskning kring nanotrådar vid Fysicum. Synkrotronljusforskare Anders Mikkelsen. Från nanotrådar (a) till enskilda atomer (d).

Forskning i tid och rum Synkrotronljusforskare Mathieu Gisselbrecht. Tvåelektronvågfunktion som skapades med korta laserpulser i xenon-atomen vid attolabbet. Avdelningens två experimentella verksamheter: Spektroskopi och mikroskopi utvecklades parallellt och båda visade sig vara en bra grund för samarbeten med andra forskargrupper inom institutionen: Attosciencegruppen vid avdelningen för atomfysik och nanometerkonsortiet vid avdelningen för fasta tillståndets fysik. Snabba förlopp sätts igång i atomära vågfunktioner, molekyler och på ytan med korta laserpulser och förloppet undersöks med spektroskopi. Mathieu Gisselbrechts uppmärksammade tidsupplösta mätningar i xenon visar att i dubbeljonisation sänds elektronerna ut med några hundra attosekunders mellanrum. Synkrotronljuset från Lund 408 Innehållsförteckningen >> Nästa kapitel >>