Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kurz vorm Schmelzen

09.02.2007
Mit Röntgenstrahlen hat ein internationales Team von Wissenschaftlern, darunter auch zwei Forscher vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching), erstmals die Veränderungen verfolgen können, die ein Festkörper kurz vorm Schmelzen durchläuft. (Science , 2. Februar 2007)

Die Messungen an einem relativ einfachen System - einem dünnen Film aus dem Halbmetall Wismut - fanden am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) (Stanford, USA) statt.

Die Messung demonstriert das hohe Potential der so genannten Anrege-Abfrage-Technik bei der zeitlichen Auflösung ultraschneller Vorgänge. Bei diesem Verfahren wird zunächst mit einem ultrakurzen Lichtpuls ein atomarer Prozess in dem Material in Gang gesetzt. Die sich daraus ergebenden Veränderungen werden mit Hilfe weiterer Lichtpulse ermittelt, die im Abstand von fest definierten Zeitverzögerungen auf das Objekt treffen.

In vorliegenden Experiment wurde ein 50 Nanometer dicker Film des Halbmetalls Wismut mit 70 Femtosekunden (1 Femtosekunde = 10-15 Sekunden) langen Lichtpulsen aus einem Titan-Saphir-Laser (Nahes Infrarot) in einen hochangeregten Zustand gebracht. Da die Laserenergie nicht ausreicht, um den Stoff zum Schmelzen zu bringen, kehren die Atome in weniger als einer Nanosekunde (ein Milliardstel einer Sekunde) in ihren Normalzustand zurück. Wie sich die Festkörperstruktur im Anschluss an die Anregung verändert, untersuchten die Forscher um David Fritz (SLAC), indem sie den Film mit Pulsen aus der (mittlerweile abgebauten) Sub-Picosecond Pulse Source (SPPS) am SLAC bombardierten.

Um die Vorgänge genau zeitlich rekonstruieren zu können, müssen die Wissenschaftler genau wissen, wann die anregenden Lichtpulse bzw. die Röntgenpulse auf das Material treffen. Das Problem dabei ist, dass zwar die Pulse des Infrarot-Lasers in genau und verlässlich definierten Zeitintervallen kommen, sich die Pulse der Röntgenstrahlen aus einem Linear-Beschleuniger aber nicht so gut steuern lassen. Mit Hilfe eines elektrooptischen Kristalls schafften es die beiden MPQ-Forscher, Dr. Reinhard Kienberger und Dr. Adrian Cavalieri, eine Art Stoppuhr zu entwickeln, mit der die relativen Ankunftszeiten der Pulse mit der erforderlichen Genauigkeit bestimmt werden konnten.

... mehr zu:
»Atom »Lichtpuls »SLAC

Sogleich beim Auftreffen des anregenden Laserpulses werden die Bindungen zwischen den Atomen im Festkörper schwächer. Der Atomkern gerät dadurch aus dem Gleichgewicht, so wie eine Murmel, die vom Boden einer Vertiefung auf die geneigten Wände angehoben wird. Losgelassen (also im Anschluss an den Laserpuls) rollt der Kern wieder in die Mitte der Vertiefung zurück, und bevor er sich dort - im Gleichgewichtszustand - niederlässt, vollführt er kleinste Schwingungen um den Tiefpunkt. Mit Hilfe der oben skizzierten Anrege-Abfrage-Technik bestimmten die Forscher die Frequenz dieser Schwingungen. Daraus konnten sie die Kräfte ermitteln, die die Atome zusammenhalten, und zwar in Abhängigkeit von der seit der Anregung verstrichenen Zeit.

Damit lässt sich erstmal eine zeitabhängige "Karte" der Potentialfläche des Festkörpers (aus der die inneratomaren Kräfte hervorgehen) rekonstruieren. Die Ergebnisse, die an diesem aus der Balance geratenen Wismut-Film gewonnen wurden, lassen sich überraschenderweise - mit nur geringfügigen Abänderungen - mit einem theoretische Modell erklären, das gewöhnlich Potentialflächen von Systemen im Gleichgewichtszustand beschreibt.

Die SPPS diente gleichsam als Testfeld für den neuen Freien-Elektronen-Laser (FEL), den Linac Coherent Light Source (LCLS), der jetzt am SLAC konstruiert wird. Mit dieser weit leistungsstärkeren Quelle wird man komplexere Systeme als Wismut, die unter Umständen eine Schlüsselrolle in anderen Gebieten wie der Medizin oder erneuerbaren Energien spielen, in ähnlicher Weise untersuchen können. Das Experiment stellt somit einen Meilenstein dar auf dem Weg, zukünftige FEL effizient als Werkzeuge zu benutzen. Forscher am MPQ und am SLAC sind an diesem Gebiet der Physik in gleicher Weise hochinteressiert.

[Heather Rock Woods, SLAC, Olivia Meyer-Streng, MPQ]

Kontact:
Dr. Reinhard Kienberger
Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
Hans-Kopfermann-Straße 1
85748 Garching
Telefon: 49 - 89 / 32905 731
Fax: +49 - 89 / 32905 200
E-Mail: reinhard.kienberger@mpq.mpg.de
Dr. Adrian Cavalieri
Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
Hans-Kopfermann-Straße 1
85748 Garching
Telefon: +49 - 89 / 32905 601
Fax: +49 - 89 / 32905 200
E-Mail: adrian.cavalieri@mpq.mpg.de
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit:
Dr. Olivia Meyer-Streng
Telefon: +49 - 89 / 32905 213
Fax: +49 - 89 / 32905 200
E-Mail: olivia.meyer-streng@mpq.mpg.de

Dr. Olivia Meyer-Streng | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpq.mpg.de

Weitere Berichte zu: Atom Lichtpuls SLAC

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Flashmob der Moleküle
19.01.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Verkehrsstau im Nichts
19.01.2017 | Universität Konstanz

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: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise