Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Physiker erzeugen gezielt Elektronenwirbel

21.03.2017

Einem Team um den Oldenburger Experimentalphysiker Prof. Dr. Matthias Wollenhaupt ist es mithilfe ultrakurzer Laserpulse gelungen, gezielt Elektronenwirbel zu erzeugen und diese dreidimensional abzubilden. Damit haben sie einen komplexen physikalischen Vorgang steuern können: die sogenannte Photoionisation oder Ladungstrennung. Diese gilt als entscheidender Schritt bei der Umwandlung von Licht in elektrischen Strom, beispielsweise in Solarzellen. Die Ergebnisse ihrer experimentellen Arbeit haben die Grundlagenforscher kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Das Umwandeln von Licht in elektrischen Strom ist ein ultraschneller Vorgang, dessen Details erstmals Albert Einstein in seinen Studien zum photoelektrischen Effekt adäquat gedeutet hat. Im Jahr 2015 haben theoretische Physiker vorhergesagt, dass bei der Photoionisation mit zwei entgegengesetzt zirkular polarisierten Laserpulsen – also Laserpulsen, die sich erst in die eine und dann in die entgegengesetzte Richtung drehen – ein sogenannter Elektronenwirbel entsteht. Nun lag es an den Experimentalphysikern, diesen tatsächlich zu erzeugen und abzubilden.


Dreidimensionale Darstellung der Elektronenwirbel. Die Wissenschaftler haben die gemessenen zweidimensionalen Bilder mithilfe einer eigenen tomographischen Methode zu einem 3D-Bild zusammengefügt.

Universität Oldenburg


Einblick in das Femtosekundenlabor.

Um sich dem komplexen Geschehen anzunähern, studierten die Oldenburger Experimentalphysiker der Arbeitsgruppe „Ultraschnelle kohärente Dynamik (ULTRA)“ die Vorgänge an elementaren Einheiten – in diesem Fall waren es isolierte Atome.

Die Herausforderung bestand darin, die Atome mit maßgeschneiderten Sequenzen zirkular polarisierter Laserpulse zu beschießen, so dass deren Elektronen anfangen, zu rotieren – zunächst in die eine, dann in die andere Richtung.

Bei der dadurch ausgelösten Ladungstrennung entstehen die Elektronenwirbel. Der gesamte Vorgang spielt sich innerhalb weniger Femtosekunden ab. Zum Vergleich: in drei Sekunden – also der Zeitspanne, die der Mensch als einen zusammenhängenden Moment wahrnimmt – vergehen etwa so viele Femtosekunden, wie Minuten seit Bestehen des Universums vergangen sind.

Um das Geschehen so gut wie möglich zu beobachten und abzubilden, setzten die Forscher eine tomographische Methode ein, die sie erst kürzlich selbst entwickelt haben: Ähnlich wie in der medizinischen Computertomographie entstehen dabei dreidimensionale Bilder, die das komplexe Geschehen der Ladungstrennung sichtbar machten.

„Unsere Experimente werden erst durch die Kombination modernster Hochtechnologien ermöglicht“, sagt Wollenhaupt. Der gezielt erzeugte Elektronenwirbel sei ein extremes Beispiel für Quantenkontrolle – also dem Bestreben, komplexe physikalische Vorgänge auf mikroskopischer Ebene zu beherrschen.

„Wir versuchen, eine chemische Reaktion mithilfe von Lasern gezielt zu steuern. Wir wollen der Natur also nicht nur zugucken, sondern das Geschehen aktiv manipulieren“, erklärt der Wissenschaftler. Möglicherweise könnten auf Basis dieser grundlegenden Forschung eines Tages bessere Energiewandler, beispielweise effizientere Solaranlagen, gebaut werden.

Denkbar wäre auch eine Anwendung in der Pharmazie. Hier lautet das Stichwort chirale Moleküle. Diese molekularen Zwillinge sehen sich zum Verwechseln ähnlich, verhalten sich in Reaktionen allerdings sehr unterschiedlich. So riecht der Duftstoff Carvon beispielsweise – je nachdem um welchen der beiden Zwillinge es sich handelt – entweder nach Kümmel oder nach Minze.

Eine genaue Analyse, mit welcher Art man es zu tun hat, ist für die Pharmaindustrie extrem wichtig. Mithilfe der ultrakurzen Laserpulse können Forscher die verschiedenen Varianten eines chiralen Moleküls identifizieren. Das Licht löst die Abgabe von Elektronen aus. In welche Richtung diese fliegen, gibt Aufschluss darüber, um welche Variante eines chiralen Moleküls es sich handelt.

Weitere Informationen:

http://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.053003

Dr. Corinna Dahm-Brey | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-oldenburg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen
19.06.2018 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Ein neues Experiment zum Verständnis der Dunklen Materie
14.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics