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 Ultra-sensitiv dank quantenmechanischer Verschränkung
28.06.2017 | Universität Stuttgart

nachricht Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit
26.06.2017 | Universität Bremen

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: Wellen schlagen

Computerwissenschaftler verwenden die Theorie von Wellenpaketen, um realistische und detaillierte Simulationen von Wasserwellen in Echtzeit zu erstellen. Ihre Ergebnisse werden auf der diesjährigen SIGGRAPH Konferenz vorgestellt.

Denkt man an einen See, einen Fluss oder an das Meer, so sieht man vor sich, wie sich das Wasser kräuselt, wie Wellen gegen die Felsen schlagen, wie Bugwellen...

Im Focus: Making Waves

Computer scientists use wave packet theory to develop realistic, detailed water wave simulations in real time. Their results will be presented at this year’s SIGGRAPH conference.

Think about the last time you were at a lake, river, or the ocean. Remember the ripples of the water, the waves crashing against the rocks, the wake following...

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Maßgeschneiderte Nanopartikel gegen Krebs gesucht

29.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wolken über der Wetterküche: Die Azoren im Fokus eines internationalen Forschungsteams

29.06.2017 | Geowissenschaften

Wellen schlagen

29.06.2017 | Informationstechnologie