Construction of a setup for Ultrafast Electron Diffraction: First experiments on bimetallic foils and Heusler alloys

Tijdsopgeloste elektronendiffractie maakt het mogelijk om filmpjes te maken van atomaire bewegingen op een tijdsschaal van 100 femtosecondes – een femtoseconde is een duizendste van een miljoenste van een miljoenste van een seconde. Dit is precies de tijdsschaal waarop bindingen tussen atomen worden gevormd en verbroken. Door deze techniek kunnen we fase-overgangen (zoals het smelten van een metaal) volgen terwijl ze plaatsvinden, terwijl dat met andere technieken alleen voor en na de fase-overgang mogelijk is.

Dit proefschrift beschrijft de constructie van een experimentele opstelling voor deze techniek in het Zernike Institute for Advanced Materials. Deze opstelling is uniek omdat zij uitermate geschikt is voor het bestuderen van dunne lagen van materialen, precies waarin de onderzoeksgroep waarin het onderzoek heeft plaatsgevonden, gespecialiseerd is. De eerste twee experimenten waar de opstelling voor gebruikt is, zijn ook beschreven in het proefschrift. In het eerste experiment wordt gekeken hoe de energieoverdracht plaatsvindt wanneer een folie bestaande uit een laagje chroom (5 nanometer dik) en een laagje goud (40 nanometer dik) wordt beschenen met een kort pulsje laserlicht. Het blijkt dat het grensvlak tussen de twee metalen hierbij een cruciale rol speelt. Het tweede experiment betreft een zogenaamde Heuslerlegering, een materiaal waarmee bijvoorbeeld nanopincetten kunnen worden gemaakt. Wij zijn de eersten die een overgang tussen twee toestanden van dit materiaal op deze tijdsschaal hebben bestudeerd. Voor de toekomst zijn er plannen om naar supergeleiders te kijken, omdat meer kennis over het hoe en waarom van deze materialen veel energieverlies overbodig zou kunnen maken.