Ernst-Eckhard-Koch-Preis und Innovationspreis Synchrotronstrahlung

In diesem Jahr zeichnete der Freundeskreis des HZB gleich zwei herausragende Promotionsarbeiten mit dem Ernst-Eckhard-Koch-Preis aus. Der Europäische Innovationspreis Synchrotronstrahlung ging an ein Team aus Physikern des DESY und des Paul-Scherrer-Instituts. Die Preisverleihung  fand auf dem diesjährigen Nutzertreffen des HZB statt, das mit über 500 Teilnehmerinnen und Teilnehmern und mehr als 50 Ausstellern sehr gut besucht war.

In diesem Jahr hatte die Jury sich entschieden, aus den acht hervorragenden Vorschlägen zwei Doktorarbeiten mit dem Ernst-Eckhard-Koch-Preis auszuzeichnen: Dr. Simon Krause, Universität Groningen, Niederlande, und Dr. Felix Willems, Technische Universität Berlin und Max-Born-Institut. Beide Arbeiten würden sowohl vom Umfang als auch von der Qualität weit über die üblichen Anforderungen an eine Dissertation hinausragen, zitierte der Vorsitzende des HZB-Freundeskreises, Prof. Dr. Mathias Richter, PTB, die Jury.

Simon Krause hatte das Gas-Adsoprtionsverhalten in porösen Festkörpern, so genannten "Metal Organic Frameworks" (MOF) mit Methoden der Synchrotronstrahlung und mit Neutronen untersucht und seine Arbeit auf dem Nutzertreffen in einem Vortrag ("X-rays and neutrons shed light on negative gas adsorption mechanism in flexible metal-organic frameworks") vorgestellt.

Felix Willems befasste sich in seiner Promotion mit ultraschnellen Schaltprozessen und ihrer Analyse mit Hilfe spektroskopischer Methoden an Synchrotronquellen wie BESSY II und erläuterte seine Ergebnisse mit einem Kurzvortrag zu "Unraveling microscopic processes in ultrafast magnetisation dynamics using XUV magnetic circular dichroism spectroscopy.

Innovationspreis Synchrotronstrahlung 2019

Der Innovationspreis Synchrotronstrahlung 2019 ging an Prof. Dr. Heinz Graafsma, DESY, sowie an Dr. Aldo Mozzanica und Dr. Bernd Schmitt , beide vom Paul-Scherrer-Institut, Schweiz. Die Physiker hatten gemeinsam einen neuen ultraschnellen Röntgen-Detektor für Freie Elektronen Laser entwickelt. Das AGIPD-System (Adaptive Gain integrating Pixel Detector) wird bereits am European XFEL eingesetzt. Der Innovationspreis Synchrotronstrahlung ist mit 3000 Euro dotiert und wird von der SPECS GmbH und der BESTEC GmbH gesponsert.

Heinz Graafsma erklärt das AGIPD-System so:

Für Speicherringe werden bisher so genannte "Photon Counting"-Pixeldetektoren verwendet, bei denen die Photonen nacheinander ankommen und das Signal jedes Photons verarbeitet wird. Für FELs ist dies keine Option, da in einem einzigen 100 fsec Impuls viele Photonen am Detektor ankommen und somit nicht einzeln verarbeitet werden können. Das bedeutet, dass man für FELs sogenannte "integrierende" Detektoren verwenden muss.

Bisher musste man sich entscheiden. Entweder den integrierenden Detektor sehr empfindlich zu machen, d.h. eine hohe Verstärkung zu haben, um von einem einzelnen Photon erzeugte Signale erkennen zu können, oder den integrierenden Detektor nicht sehr empfindlich zu machen, d.h. eine niedrige Verstärkung zu haben, um mit Signalen fertig zu werden, die von einer großen Menge von Photonen erzeugt werden. Aber man konnte nicht beides haben.

Um dieses Problem zu lösen, haben wir ein Konzept eines zweidimensionalen Detektors entwickelt und implementiert, bei dem für jedes einzelne Pixel vollautomatisch die Verstärkung entsprechend der Eingangssignalstärke angepasst wird. Daher der Name "adaptive gain integrating pixel detectors".

Dadurch kann man in einem einzigen Aufnahmeversuch an den FELs nun ein Bild über seinen gesamten Dynamikbereich aufnehmen. Dies führt zu einer deutlich verbesserten Datenqualität und damit zu besseren wissenschaftlichen Ergebnissen.

Für den European XFEL gab es eine zusätzliche Herausforderung, nämlich die extrem hohe Wiederholrate von 4,5 MHz, mehr als 3 Größenordnungen mehr als je zuvor. Dazu wurde in jedem Pixel ein 352 tiefer analoger Speicher implementiert, was AGIPD zur schnellsten Röntgenkamera mit hohem Dynamikbereich der Welt macht.