Synchrotronstrahlung gewinnt in den Materialwissenschaften zunehmend an Bedeutung. Ein besonderes Forschungsinteresse richtet sich dabei auf möglichst realistische Prozesse. Materialien beeinflussen die technologische und gesellschaftliche Entwicklung in besonderer Weise: Ganze Perioden der Menschheitsgeschichte wurden nach den jeweils dominierenden Materialien wie Kupfer, Bronze oder Eisen eingeteilt und auch heute noch prägen neue Materialien den technischen Forschritt. Ob bei Halbleitern, Gläsern, Kunststoffen oder Stahl - erst die Entwicklung neuer Werkstoffe ermöglicht viele Neuerungen wie etwa in der Informationstechnologie, Textilindustrie oder Architektur.

Die Eigenschaften von Materialien werden durch deren Aufbau von den Atomen bis zum Bauteil bestimmt. Einen wesentlichen Anteil daran haben die Dimensionen vom Nanometer bis zum Mikrometer, die mit Synchrotronstrahlung in unvergleichlicher Weise studiert werden können. Seit vielen Jahren schon leistet die Synchrotronstrahlung einen wichtigen Beitrag zur Materialforschung und ergänzt ganz wesentlich die Möglichkeiten anderer hochauflösender Methoden wie etwa der Elektronenmikroskopie. Eine Analyse aller Veröffentlichungen aus diesem Forschungsfeld zeigt, dass die Zahl der Publikationen in der Materialforschung, welche das Stichwort ”Synchrotron„ enthalten, seit den späten 1980er Jahren praktisch linear von null auf heute mehr als 450 pro Jahr angestiegen ist (Quelle: Web of Science).

Neue Entwicklungen gehen dahin, nicht nur Strukturen, sondern auch Prozesse zu erforschen. Das hilft bei der Entwicklung von Syntheseverfahren, beim Verständnis der mechanischen Verformung oder der Analyse von Umwandlungsreaktionen. Die Voraussetzung für solche Untersuchungen ist die Möglichkeit einer Messung in Abhängigkeit der Zeit sowie die Verfügbarkeit von Probenumgebungen, die eine kontrollierte Veränderung der Probe erlauben. Ein hervorragendes Beispiel für eine Untersuchung dieser Art ist die Erforschung von Katalyseprozessen mittels Photoelektronenspektroskopie im Röntgenlicht. Ein besseres Verständnis des Prozesses wird hier über die direkte Beobachtung während der Reaktion erreicht.

Neue Synchrotronstrahlungsquellen und die zukünftigen FEL-Quellen werden es in Zukunft erlauben, die Zeitauflösung so sehr zu verbessern, dass es möglich sein wird, Details von chemischen Reaktionen sichtbar zu machen. Moderne Materialien zeichnen sich in besonderem Maße durch ihre strukturelle Komplexität aus. Elektronische Bauelemente, Biomaterialien oder neuartige Kunststoffe sind auf verschiedenen Größenskalen unterschiedlich strukturiert, ihr Aufbau kann dabei vom Kleinen (Nanometerebene) bis zur nächsten Skala (Mikrometerebene) variabel sein. Das macht die Charakterisierung extrem schwierig. Ein vielversprechender Ansatz ist die Verwendung von extrem feinen Röntgenstrahlen mit Durchmessern im Mikrometer- oder Nanometerbereich. Die Größe des Strahls bestimmt, in welchem Bereich die Probe analysiert wird. Eine noch bessere Verfügbarkeit von Röntgenquellen mit extremer Brillanz ist daher für die Materialforschung von höchster Bedeutung. Auch Abbildungsmethoden mittels kohärenter Strahlung sind in diesem Kontext ein sehr wichtiges Zukunftsthema.