Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Physiker filmen und manipulieren Bewegung von Bismut-Atomen

10.02.2014
Mit Hilfe eines Tricks ist es Physikern aus Kassel und Japan gelungen, die Bewegung von Atomen in Bismut quasi zu filmen und zu manipulieren – ein Zwischenschritt zur Entwicklung ultraschneller Schalter auf atomarer Skala.

Seit langem träumen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler davon, die Bewegung von Atomen in Materialien in Echtzeit mit Hilfe von Licht zu visualisieren und zu kontrollieren.

Wäre man in der Lage, gezielt die Atome eines Materials in bestimmte vorprogrammierte Richtungen zu verschieben, so könnte man ultraschnelle Schalter auf atomarer Skala herstellen.

Um die Bewegung der Atome zu kontrollieren, muss man sie jedoch visualisieren können: Erst wenn man versteht, wohin sich Teilchen bei Laser-Bestrahlung bewegen, kann man diese Bewegung zu seinen Zwecken einsetzen. Nur: Keine Kamera kann dies leisten.

Atome sind eine Milliarde mal schneller, als die schnellste kommerzielle Kamera der Welt aufzeichnen kann, und so klein, dass eine Auflösung von 100 Billiarden Megapixeln notwendig wäre, um ihre Bewegung beobachten zu können. Prof. Dr. Martin Garcia, Leiter des Fachgebiets Festkörper und Ultrakurzzeitphysik an der Universität Kassel, und Dr. Eeuwe Zijlstra, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet, haben es dennoch geschafft: mit einem Trick.

„Tür zur Lichtmanipulation von Atomen in Festkörpern ist jetzt offen“
Mit Hilfe von extrem kurzen Lichtpulsen nämlich ist es neuerdings möglich, zeitaufgelöst zu beobachten, wie Materialien nach Laseranregung Licht anders reflektieren: Durch die Anregung werden die Atome in schnelle Schwingungen versetzt, die dazu führen, dass das Licht im Laufe der Zeit vom Material anders zurückgeworfen wird.

Die Reflektivität des Materials schwingt mit den Atomen mit. Anders ausgedrückt: Wer weiß, wie genau sich die Reflektivität während des Schwingens ändert, kann von den Lichtsignalen darauf zurückschließen, wo sich die Atome zu einem bestimmten Zeitpunkt aufhalten – und damit auf ihre Bewegung. Die Kasseler Physiker Garcia und Zijlstra haben eine Theorie entwickelt, mit der sich die Bewegung der Atome aus dem Reflexionsvermögen bestimmen lässt.

Damit lieferten sie den fehlenden Baustein, um Atom-Bewegungen zweidimensional zu visualisieren und zu kontrollieren. „Wir haben auf diesem Weg feststellen können, wo sich die Atome aufhalten - und zwar alle Atome im Material, nicht weniger als 10 hoch 23“, betont Garcia. „Die Tür zur Lichtmanipulation von Atomen in Festkörpern steht jetzt offen.“

In Zusammenarbeit mit japanischen Kollegen unter der Leitung von Prof. Dr. Kenji Ohmori (Institute for Molecular Science, Okazaki), Prof. Dr. Katzutaka Nakamura (Tokyo Institute of Technology) und Prof. Dr. Masahiro Kitajima (Nara Institute of Science and Technology) ist es Garcia und Zijlstra gelungen, die zweidimensionale Bewegung der Atome im Element Bismut nach ultrakurzer Laserbestrahlung zu visualisieren und zu steuern.

Mehr noch: Jetzt, da die Bewegungen berechenbar waren, konnten die japanischen Wissenschaftler die planaren Schwingungen der Bismut-Atome durch gezielte Umformung von Lichtimpulsen beliebig manipulieren und die Bewegung dabei, mit Hilfe der Theorie von Prof. Dr. Garcia und Dr. Zijlstra, visuell darstellen. Garcia verdeutlicht die Dimensionen durch einen Vergleich: „Nehmen wir an, jemand könnte es erreichen, dass alle Einwohner Hessens eine Stunde lang genau dieselbe Bewegung durchführen, zum Beispiel sich im Kreis zu drehen. In etwa das ist uns mit Atomen gelungen – nur, dass die Zahl der Einwohner Hessens verschwindend klein ist im Vergleich zur Anzahl der Atome in einem Material.“

Die Ergebnisse dieser Kasseler-japanischen Arbeit wurden in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

Link zum Artikel: www.nature.com/ncomms/2013/131118/ncomms3801/full/ncomms3801.html

Bild von Prof. Dr. Martin Garcia (Bild: Uni Kassel) unter:
www.uni-kassel.de/uni/fileadmin/datas/uni/presse/anhaenge/2014/Garcia.JPG
Bild von Dr. Eeuwe Zijlstra (Bild: privat) unter:
www.uni-kassel.de/uni/fileadmin/datas/uni/presse/anhaenge/2014/Zijlstra_neu.jpg
Kontakt:
Prof. Dr. Martin Garcia
Universität Kassel
FB 10 - Mathematik und Naturwissenschaften
Institut für Physik
Fachgebiet Festkörper und Ultrakurzzeitphysik
Tel.: +49 561 804 4480
E-Mail: garcia@physik.uni-kassel.de

Andrea Haferburg | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-kassel.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie