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Exploring dynamic matter with coherent X-rays

We study the structure and dynamics of complex materials and biological systems using advanced coherent X-ray scattering, ultrafast experiments, and data-driven analysis across multiple time and length scales at leading facilities including DESY, European XFEL, ESRF and beyond.

Here are few examples of our research topcis: 

  • Sow dynamics in protein condensates
  • Ultrafast dynamics in magnetic materials with complex chiral spin structures 
  • Ultrafast dynamics of high intensity laser excited solids
  • Big data analytics in X-ray science  
  • AI-based workflows for optimization/automatization
xray-synchrotron

Neue Veröffentlichung: Durch zeitaufgelöste EUV-Streuung nachgewiesene, vorübergehende, laserinduzierte Oberflächenstrukturen

Unser Artikel „Transiente, laserinduzierte periodische Oberflächenstrukturen, aufgezeigt durch zeitaufgelöste EUV-Diffusstreuung“ wurde in der Fachzeitschrift „Laser & Photonics Reviews“ veröffentlicht.

Unter der Leitung des Erstautors Dmitriy Ksenzov, gemeinsam mit Christian Gutt und einem internationalen Forscherteam aus Deutschland, Italien, Frankreich und den Vereinigten Staaten, liefert die Studie neue Einblicke in die frühesten Stadien der laserinduzierten Oberflächenmusterbildung.

Mithilfe zeitaufgelöster diffuser Streuung im extremen Ultraviolett (EUV) am FERMI-Freie-Elektronen-Laser in Triest untersuchten die Forscher die Reaktion von Metallschichten und Mehrschichtstrukturen auf Femtosekunden-Laserbestrahlung bei Fluenzen weit unterhalb der Schadensschwelle. Die Experimente zeigten vorübergehende Oberflächenstrukturen mit den charakteristischen Signaturen im reziproken Raum von laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen (LIPSS).

Bemerkenswerterweise entstehen diese Strukturen bereits innerhalb weniger Pikosekunden nach der Laserexzitation und verschwinden wieder im Laufe von mehreren hundert Pikosekunden, ohne eine dauerhafte Veränderung der Oberfläche zu hinterlassen.

Die vorübergehenden Muster entstehen durch Interferenz zwischen dem einfallenden Laserstrahl und dem Licht, das durch die intrinsische Oberflächenrauheit gestreut wird. Dies führt zu einer räumlichen Modulation der absorbierten Energie und folglich der Temperatur. Die daraus resultierende ungleichmäßige Erwärmung induziert thermoelastische Oberflächenverschiebungen, die abklingen, während sich die räumliche Temperaturmodulation über mehrere hundert Pikosekunden hinweg entspannt.

Die Ergebnisse geben Aufschluss über die Mechanismen in den frühen Stadien der laserinduzierten Oberflächenmusterbildung und zeigen, wie zeitaufgelöste EUV-Streuung die ultraschnelle Oberflächendynamik im reziproken Raum direkt untersuchen kann.

Veröffentlichung:
D. Ksenzov et al., „Transient laser-induced periodic surface structures revealed by time-resolved EUV diffuse scattering“, Laser & Photonics Reviews (2026).

Artikel lesen: https://doi.org/10.1002/lpor.71817

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Öffentlichkeit

SNIB2026

SNIB2026 wird die deutschen Fachkreise aus den Bereichen Synchrotron, Neutronen, Ionen und Beschleuniger zusammenbringen, um Ideen auszutauschen, Fachwissen zu teilen und die Zukunft groß angelegter Forschungsinfrastrukturen mitzugestalten.

About our Group

Combining advanced X-ray scattering and data science

photon

We are an interdisciplinary research group dedicated to understanding the structure and dynamics of complex materials and biological systems using advanced X-ray scattering techniques. By combining cutting-edge experiments and data science, we investigate how matter evolves from ultrafast femtosecond processes to slow collective dynamics.

We use state-of-the-art coherent X-ray methods to study structural correlations, non-equilibrium phenomena, and dynamic processes that are inaccessible using conventional techniques.

Our experiments are conducted at some of the world’s leading X-ray research facilities, including: DESY (Germany), European XFEL (Germany), ESRF (France), FERMI (Italy), SACLA (Japan), and LCLS (USA).

We welcome motivated students, doctoral researchers, and collaborators interested in X-ray science, ultrafast phenomena, data-driven research, and advanced scattering methods. Discover our research, publications, facilities, and opportunities to become part of our scientific community.

Our Research Profile

Discover the expertise, facilities, and research areas that define our scientific profile

Our research combines coherent X-ray scattering, ultrafast spectroscopy, and data-driven science to investigate how complex materials and biological systems evolve across multiple time and length scales. We study non-equilibrium dynamics in soft matter, proteins, magnetic materials, and extreme states of matter using synchrotron and free-electron laser facilities. A central focus of our work is the development of next-generation experimental methods, including low-dose XPCS, autonomous AI-driven beamline experiments, and advanced analysis approaches for large-scale photon science.

By connecting advanced experimental techniques with autonomous workflows, artificial intelligence, and large-scale data analysis, we aim to reveal processes that were previously inaccessible. Our interdisciplinary approach brings together physics, materials science, biology, and computation to develop new methods and generate insights with relevance across fundamental and applied research.

 

From molecular motion to ultrafast transformations, we make complex dynamics visible.

 

 

Research Focus Areas

  • Ultrafast Dynamics and Coherent X-ray Science
  • Dynamics of Biological and Soft Matter Systems
  • Autonomous Experiments and AI-Driven Beamline Science
  • XFEL Studies of Ultra-Intense Laser–Matter Interaction
  • Ultrafast surface dynamics in magnetic materials

     

 

Aliaksandr Leonau, Felix Brausse, James Wrigley, Mads B. Jakobsen, Trey Guest, Amir Tosson, et al.

A pipeline for megahertz X-ray photon correlation spectroscopy on soft matter samples at the MID instrument of European XFEL

B. M. Murphy, A. Götz, C. Gutt, C. McGuinness, H. M. Rønnow, A. Schneidewind, et al.

FAIR data – the photon and neutron communities move together towards open science

Zongxia Guo, Raphael Gruber, Dmitriy Ksenzov, Cyril Léveillé, Matteo Pancaldi, Emanuele Pedersoli, et al.

Ultrafast dynamics of chiral spin structures in synthetic antiferromagnets

Instrumentation for low-dose XPCS
-

Messtechnik für XPCS mit niedriger Dosis

GHz-XPCS
-

GHz-XPCS

Personal profile photo

Prof. Dr. Christian Gutt

Professor
Amir_Tosson_PP

Dr. Amir Tosson

Wissenschaftlicher Mitarbeiter
mora

Mohammad Raza Agha

Wissenschaftlicher Mitarbeiter
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Dr. Özgül Kurtuluş Öztürk

Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Lisa_PP

Dr. Lisa Randolph

Wissenschaftliche Mitarbeiterin
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Dr. Dmitriy Ksenzov

Wissenschaftlicher Mitarbeiter
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Dr. Aliaksandr Leonau

Wissenschaftlicher Mitarbeiter (XFEL Schenefeld)
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Randeer Pratap Gautam

Wissenschaftlicher Mitarbeiter (DESY Hamburg)
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Jenny Schrage

Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Profilfoto

Adrian Maximilian Roda Lentz

Wissenschaftlicher Mitarbeiter TU Dortmund (Delta)

The primary goal of my research is to enable autonomous XPCS experiments to study how proteins move and interact within complex, gel-like environments. Specifically, I focus on biopolymer proteins like ferritin navigating through a hydrogel network, like hyaluronic acid.

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Erreichbarkeit

Montag 09:00-16:00 Dienstag 09:00-16:00 Mittwoch 12:00-14:00 Donnerstag 09:00-14:00

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Department Physik
Naturwissenschftlich-Technische Fakultät
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Weitere Informationen

Sharon Harvey

Fakultät IV - Department Physik 
Sekretariat Festkörperphysik, AR-NL 306
Universität Siegen
Adolf-Reichwein-Str. 2
57076 Siegen
Tel: +49 (0) 271 740 3760