Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jenaer Physiker schmelzen ohne Hitze

28.02.2001


Den Jenaern Physikern Prof. Dr. Eckhart Förster und Dr. Ingo Uschmann ist es gelungen, die Oberfläche eines Kristalls allein durch die elektromagnetische Energie eines extrem schnell gepulsten Lasers zu schmelzen, noch bevor Hitze einwirken konnte.

Eine weniger als einen tausendstel Millimeter dicke Schicht des Kristalls schmolz unter dem Laserstrahl, bevor sie sich erhitzen konnte. "Bisher wusste man nicht eindeutig, dass es so etwas wie eine solche nichtthermische, also nicht durch Temperaturerhöhung verursachte Schmelze überhaupt gibt", hebt Förster hervor. Die Ergebnisse der Arbeiten werden in der morgigen Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins "Nature" erscheinen.


Förster, Leiter der Abteilung Röntgenoptik der Friedrich-Schiller-Universität, arbeitet mit seinem Team bereits seit 15 Jahren mit Lasern, die extrem kurze Impulse aussenden. Inzwischen haben die Jenaer Physiker sich bis zu Pulsdauern von 100 bis 200 Femtosekunden heruntergearbeitet - diese Zeit ist kürzer als der Billionste Teil einer Sekunde (10-12). Dass ein so kurzer Impuls bereits ausreicht, um die Atome an der Kristalloberfläche in Bewegung, und damit das Material zum Schmelzen zu bringen, überraschte selbst die Experten. Eine Hitzentwicklung findet erst nach etwa zehn Picosekunden, also nach zehn Billionstel Sekunden, statt.

Um die nichtthermische Schmelze überhaupt sichtbar machen zu können, griffen die Physiker zu einem Trick: Einen Teil des Laserstrahls wandelten sie zum Beobachten des Effektes in Röntgenstrahlen um. Diese ließen sie auf den selben Kristall treffen, auf den sie den anderen Teil des Lasers direkt gelenkt hatten, wobei die Auftreffzeiten einstellbar sind. Der zweite Laserstrahl veränderte durch seine hohe Leistung die Struktur der Kristalloberfläche. "Mit Hilfe der Röntgenstrahlen können wir die Bewegung der Atome sichtbar machen, während mit normalem Licht nur die Darstellung optischer Veränderungen möglich ist", beschreibt Ingo Uschmann die Vorteile des Verfahrens.

Herzstücke des Versuchsaufbaus sind die dabei verwendeten gebogenen Kristalle, mit denen die Röntgenstrahlung auf den zu schmelzenden Kristall geleitet wird. Für das jetzt in "Nature" beschriebene Experiment verwendeten die Jenaer Wissenschaftler einen Quarzkristall, aus dem sie in mühevoller Handarbeit einen maßgeschneiderten Röntgenspiegel angefertigt hatten. Dazu brachten sie eine 0,07 mm dünne Scheibe des Kristalls auf einen gebogenenTräger aus Messing auf. Der Krümmungsradius musste dabei exakt stimmen, um das erwünschte Versuchsergebniss zu erzielen. "Wir sind weltweit die einzige Gruppe, die solche Kristall-Werkstücke mit der erforderlichen Präzision herstellen kann", betont Eckhart Förster.

Interessant sind ihre Arbeiten vor allem für viele andere Forschungsgebiete in der Chemie, der Physik und auch der Strukturbiologie: "Mit derartig kurz gepulsten Laser- und Röntgenstrahlen kann man quasi in Zeitlupe ultraschnelle Prozesse in der Natur beobachten", so Eckhart Förster. Eine technische Anwendung ihrer Ergebnisse ist nach Ansicht von Förster und Uschmann noch nicht unmittelbar absehbar, aber zum Beispiel in der Halbleitertechnologie möglich.

Aufgrund ihrer langjährigen Erfahrung sind die Jenaer Physiker mit ihrer Gruppe international gefragte Partner. Die Versuche zur vorliegenden Veröffentlichung haben sie mit französischen und dänischen Kollegen an einer Großforschungsanlage im französischen Palaiseau durchgeführt. Inzwischen verfügt aber das Institut für Optik und Quantenelektronik der Friedrich-Schiller-Universität im Labor von Prof. Dr. Roland Sauerbrey, Dr. Thomas Feurer und Andreas Morack selbst über die entsprechende technische Ausstattung. "Wir erreichen kürzere Impulszeiten als Großforschungseinrichtungen", sagt Förster, "damit bestimmen wir die Weltspitze." Er und seine Kollegen sind in zahlreichen Netzwerken aktiv, so in den EU-geförderten Programmen FAMTO ("Ultra Fast Atomic Movie Tools") und XPOSE ("X-ray Probing of Structural Evolution of Matter").

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Eckhart Förster
Forschungsgruppe Röntgenoptik


Tel.: 03641/ 9 47261
Fax: 9 47262
E-Mail: eckhart.foerster@uni-jena.de
Sie finden den Artikel unterhttp://www.nature.com

Susanne Liedtke
Friedrich Schiller Universität
Referat Öffentlichkeitsarbeit
Fürstengraben 1
07743 Jena
Tel: 03641/ 93 10 40
Fax: 03641/ 93 10 42
E-Mail: Susanne.Liedtke@uni-jena.de

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Susanne Liedtke | idw

Weitere Berichte zu: Kristall Laserstrahl Röntgenstrahl

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien
17.01.2018 | Universität des Saarlandes

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

18.01.2018 | Informationstechnologie

Optimierter Einsatz magnetischer Bauteile - Seminar „Magnettechnik Magnetwerkstoffe“

18.01.2018 | Seminare Workshops

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten