Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenoptik - Eine Stoppuhr für Elektronenblitze

09.12.2013
Physiker der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik messen erstmals exakt die Dauer hochenergetischer Elektronenpulse.

Eine Stoppuhr aus Licht ermittelt die Dauer kürzester Elektronenblitze. Ein Team vom Labor für Attosekundenphysik (LAP) an der Ludwig-Maximilians-Universität München und dem Max-Planck Institut für Quantenoptik hat es erstmals geschafft, mit den elektrischen Feldern von Laserlicht die Dauer ultrakurzer, hochenergetischer Blitze aus Elektronen exakt zu bestimmen.

Mit Hilfe solcher Elektronenpulse, die auch Welleneigenschaften haben, erstellt man zeitaufgelöste Aufnahmen von Vorgängen in Molekülen und Atomen. Man kann also die Elementarteilchen in vier Dimensionen filmen. Die neue Stoppuhr für Elektronen bietet nun die Möglichkeit, noch genauer zu erkunden, wie sich Elektronen und Atome in den allerkleinsten Dimensionen der Natur bewegen.

Rund 24 Bilder pro Sekunde reichen aus, um vor dem menschlichen Auge einen Film ablaufen zu lassen. Will man die teilweise Attosekunden-schnellen Bewegungen von Atomen oder sogar Elektronen kontinuierlich aufzeichnen, so benötigt man ein Billionenfaches an Bildern pro Sekunde (eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer milliardstel Sekunde).

Eine Möglichkeit, solche Zeitlupen-Aufnahmen zu erstellen, bieten Elektronenpulse. Sie werden mit Hilfe von Laserlicht an Metalloberflächen erzeugt. Jeder einzelne Puls dauert nur wenige Femtosekunden (eine Femtosekunde ist ein Millionstel einer milliardstel Sekunde) und liefert Bilder von atomaren Strukturen aus dem Mikrokosmos.

Wie lange genau solche Pulse dauern, war bis jetzt schwer zu bestimmen. Doch nun hat das LAP-Team ein System entwickelt, mit dem die Dauer von hochenergetischen Elektronenpulsen (25 keV) exakt gemessen werden kann. Dazu schickten die Forscher die Elektronenpulse aus einzelnen Elektronen in Richtung einer dünnen Folie aus Aluminium. An dieser trafen die Elektronen auf einen Laserpuls, der rund 50 Femtosekunden dauerte und ungefähr im rechten Winkel zu den Elektronen auf der Folie auftraf.

Sobald das elektrische Feld des Infrarot-Laserpulses die Elektronen erfasste, nahmen diese entweder Energie auf oder gaben sie ab, während sie, geradeaus durch die Alufolie, auf einen Detektor zuflogen. Entscheidend für Aufnahme oder Abgabe von Energie ist der Zeitpunkt, an dem die Elektronen das sich stetig wandelnde elektromagnetische Feld des Infrarotpulses verlassen. Aus der Energieverteilung der anschließend auf den Detektor auftreffenden Elektronen konnten die Forscher dann ausrechnen, wie lange der ursprüngliche Elektronenpuls vor der Interaktion mit dem Lichtfeld war.

Hochenergetische Elektronenpulse dringen - im Gegensatz zu Laser-Lichtblitzen aus Photonen - tief in die atomaren Bestandteile von Materie ein. Sie sind damit in der Lage, nicht nur die zeitlichen Veränderungen, sondern auch die räumliche Anordnug der Atome zu vermessen. Untersuchungen der Elektronenbewegungen in Atomen oder Molekülen mit Elektronenpulsen nennt man Elektronendiffraktometrie. Mit dieser Technik lassen sich die Positionen und Bewegungen von Atomen und Ladungen räumlich und auch zeitlich (also in der vierten Dimension) verfolgen. Aktuell dauern solche Elektronenpulse mehrere 100 Femtosekunden. Jedoch können im Prinzip für dieElektronendiffraktometrie auch Attosekundenblitze erzeugt werden. Diese noch 1000-Mal kürzeren Elektronenblitze können ebenfalls mit Hilfe der neuen Methode gemessen werden. Mit der neuen Stoppuhr aus Licht steht ihrer Erzeugung nicht mehr viel im Weg.

(Nature Photonics, 2013) Thorsten Naeser

Originalpublikation:
F. O. Kirchner, A. Gliserin, F. Krausz und P. Baum
Laser streaking of free electrons at 25 keV
Nature photonics, 8. Dezember 2013, DOI:10.1038/nphoton.2013.315
Ansprechpartner:
Dr. Peter Baum
Ludwig-Maximilians-Universität München
Am Coulombwall 1, 85748 Garching, Germany
Tel: +49 89 28914102
Email: peter.baum@lmu.de
Prof. Ferenc Krausz
Fakultät für Physik und
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching
Tel: +49 89 32905-600
Fax: +49 89 32905-649
E-Mail: ferenc.krausz@mpq.mpg.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.attoworld.de
http://www.ultrafast-electron-imaging.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Laser-Metronom ermöglicht Rekord-Synchronisation
12.01.2017 | Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

nachricht VLT auf der Suche nach Planeten im Sternsystem Alpha Centauri
10.01.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Feinstaub weckt schlafende Viren in der Lunge

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Energieeffizienter Gebäudebetrieb: Monitoring-Plattform MONDAS identifiziert Einsparpotenzial

16.01.2017 | Messenachrichten

Nervenkrankheit ALS: Mehr als nur ein Motor-Problem im Gehirn?

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie