Ultraschnell gefilmt

Wie schnell sich die elektrischen Eigenschaften bestimmter fester Materialien unter Bestrahlung mit intensiven Laserpulsen verändern, stellen Forschende der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) in der aktuellen Ausgabe (09.03.2011) von Nature vor.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Professor Michael Bauer, Dr. Kai Roßnagel und Professor Lutz Kipp vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik verfolgen gemeinsam mit Mitarbeitern der Technischen Universität Kaiserslautern und der Universität Colorado in Boulder, USA, den Ablauf elektronischer Schaltprozesse, die innerhalb kleinster Bruchteile einer Sekunde (Femtosekunden) stattfinden. Auf Basis der dadurch gewonnenen Erkenntnisse sollen künftig beispielsweise maßgeschneiderte und ultraschnelle opto-elektronische Bauteile realisiert werden, um Datenübertragungsraten zu erhöhen oder optische Schalter zu beschleunigen.

„Die von uns entwickelte Technik ermöglicht es, wesentlich umfassendere Filme extrem schneller Vorgänge aufzunehmen, als es mit bisherigen ähnlichen Techniken möglich war“, erklärt Bauer. „Damit können wir beispielsweise Phasenübergänge in Festkörpern oder katalytische Reaktionen an Oberflächen direkt verfolgen.“ Um die Filme aufzunehmen, verwenden die Kieler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ultrakurze Lichtblitze im weichen Röntgenbereich, die sie mit einem speziellen Lasersystem erzeugen. Bauer: „Der Informationsgewinn durch unsere Zeitlupenaufnahmen ist enorm. Wir erhalten ganz neue Einblicke in die zentralen elektronischen Eigenschaften fester Materialien, die für eine Vielzahl aktueller und zukünftiger Technologien zum Beispiel in der Telekommunikation von Bedeutung sind.“

Die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel hat als Forschungsuniversität im Norden Deutschlands eine ausgewiesene internationale Expertise in den Nano- und Oberflächenwissenschaften, zum Beispiel im Sonderforschungsbereich 855 „Magnetoelektrische Verbundwerkstoffe – Biomagnetische Schnittstellen der Zukunft“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft. In der aktuellen Runde der Exzellenzinitiative bewirbt sich die CAU mit dem Exzellenzcluster Materials for Life – Materialien für das Leben.

Hintergrundinformationen:
Femto bedeutet Billiardstel. Wenn beispielsweise Moleküle miteinander reagieren oder sich Schaltzustände in elektronischen Bauteilen verändern, so sind auf atomaren Skalen dafür Prozesse verantwortlich, die im Zeitbereich von Femtosekunden ablaufen. Ultrakurze Laserpulse im so genannten „weichen Röntgenbereich“ – also Licht mit sehr kurzen Wellenlängen – ermöglichen Momentaufnahmen elektronischer Zustände, die sich beispielsweise während eines Schaltprozesses kurzfristig bilden. In Serie ergeben diese Aufnahmen einen Film, der solche Schaltvorgänge mit bisher unerreichter Detailgenauigkeit und Auflösung in Echtzeit abbildet.
Link zur Originalpublikation:
http://www.nature.com/nature unter: 10.1038/nature09829
Zwei Aufnahmen und ein Foto stehen zum Download bereit:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2011/2011-021-1.mov
Video: Die Uni Kiel erforscht elektrische Zustände in fester Materie: In extremer Zeitlupe aufgenommener Phasenübergang in einem Festkörper, der innerhalb einer extrem kurzen Zeit abgeschlossen ist.

Aufnahme: Rohwer et al./CAU, Copyright: Nature

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2011/2011-021-2.png
Bildunterschrift: Zwei Standbilder, aus dem neu entwickelten Bildgebungsverfahren aufgenommen, in einem Zeitabstand von nur 0.00000000000007 Sekunden.

Aufnahme: Rohwer et al., Copyright: CAU

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2011/2011-021-3.jpg
Bildunterschrift: Lasersystem zur Erzeugung der ultrakurzen Röntgenpulse, mit denen die Filmaufnahmen im Experiment gemacht werden.

Foto: Rohwer et al., Copyright: CAU

Kontakt:
PD Dr. Kai Roßnagel
Institut für Experimentelle und Angewandte Physik
Tel: 0431/880-3876
E-Mail: rossnagel@physik.uni-kiel.de
Prof. Dr. Michael Bauer
Institut für Experimentelle und Angewandte Physik
Tel: 0431/880-5098
E-Mail: bauer@physik.uni-kiel.de