Gefilmter Film: Was beim Belichten eines fotografischen Films auf Nanoebene geschieht, haben Forscher erstmals mit Röntgenlicht sichtbar gemacht. Die Röntgenblitze enthüllen, wie sich die lichtempfindlichen Körnchen in der fotografischen Emulsion verformen, drehen und schließlich zerfallen. Erst dieser Prozess macht die analoge Fotografie möglich, findet aber auch bei anderen fotochemischen Reaktionen statt.
Als Louis Daguerre 1839 der Öffentlichkeit die ersten Fotografien vorstellte, war dies eine Sensation: Zum erstem Mal konnte man Abbilder der Realität herstellen und erhalten. Zugrunde liegt diesem Meilenstein eine fotochemische Reaktion: In den Fotofilm sind winzige Silberbromid-Körnchen eingebettet. Werden diese belichtet, erfolgt eine fotochemische Reaktion und die Verbindung zerfällt. Weil dabei Silber entsteht, färbt sich das Fotopapier dunkel.
Röntgenblitze auf Fotopapier
Was dabei im Einzelnen geschieht, haben nun Zhifeng Huang von der University of California in Los Angeles und seine Kollegen mit Hilfe der Röntgenquelle PETRA III am Deutschen Elektronensynchrotron /(DESY) in Hamburg erstmals sichtbar gemacht. Es gelang ihnen, die Belichtung eines Fotopapiers auf der Ebene einzelner Nanokristalle zu beobachten.
Das verwendete Fotopapier besaß Silberbromid-Körnchen von rund 700 Nanometern Größe. Fällt Röntgenstrahlung auf sie, wird es durch diese Moleküle auf charakteristische Weise gebeugt. Aus dem resultierenden Beugungsmuster auf dem Detektor lassen sich Eigenschaften wie die Gitterweite des Kristalls, die chemische Zusammensetzung und die Orientierung ablesen. Dadurch konnten die Forscher die Veränderungen im Fotopapier wie in einem Film mitverfolgen.
Molekülzerfall live
Denn der Röntgenstrahl belichtete das Silberbromid und setzte den fotochemischen Zerfall in Gang. Die Forscher sahen quasi live, wie die Silberbromid-Körnchen sich verformten, sich zu drehen begannen und schließlich zerfielen. „Wir waren überrascht, wie schnell einige dieser einzelnen Körner rotieren“, berichtet Michael Sprung vom DESY. „Manche drehen sich fast einmal in zwei Sekunden.“ Gleichzeitig wuchsen reine Silber-Nanokörnchen heran.
Ähnliche fotoinduzierte chemische Reaktionen spielen auch in vielen anderen Prozessen und Technologien eine Rolle, von der Energieumwandlung in der Natur bis zur Mikrofertigung mit Hilfe der Fotolithografie. Diese Reaktion genau aufschlüsseln zu können, hilft daher dabei, diese Prozesse besser zu verstehen und möglicherweise zu verbessern. (Nature Materials, 2015; doi: 10.1038/NMAT4311)
(Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), 10.06.2015 – NPO)
