Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wechselwirkung von Licht und Materie - Ein perfektes Attosekunden-Experiment

16.06.2017

Mit einem sogenannten Attosekunden-Experiment ist es Physikern der Waseda-Universität in Japan, des National Research Council in Kanada und des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) in Berlin gelungen, die Wellenfunktion eines ionisierten Elektrons komplett zu messen und zu beschreiben. Dieser Grad an Perfektion, den das Experiment erreicht, ist in diesem Forschungsbereich bislang einmalig. Die Ergebnisse sind jetzt in „Science“ erschienen.

Neuartige Experimente, die ultraschnelle Licht-Blitze einsetzen, revolutionieren derzeit die Laserforschung in der Physik. Sie liefern beispiellose Einblicke in die Materie – in die Struktur und Dynamik von Elektronen in Atomen, Molekülen und in kondensierten Phasen.


Nachweis der Form einer elektronischen Wellenfunktion mit einer sechsfachen Symmetrie

NRC Ottawa


Wellenfunktion eines ionisierten Elektrons

MBI Berlin

Mit einem sogenannten Attosekunden-Experiment ist es jetzt Physikern der Waseda-Universität in Japan, des National Research Council in Kanada und des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) in Berlin gelungen, die Wellenfunktion eines ionisierten Elektrons komplett zu messen und zu beschreiben. Dieser Grad an Perfektion, den das Experiment erreicht, ist in diesem Forschungsbereich bislang einmalig. Die Ergebnisse sind jetzt in „Science“ erschienen.

Eine Attosekunde ist ein Millardstel einer Millardstel Sekunde. Sie verhält sich zu einer Sekunde wie eine Sekunde zum Alter des Universums. Attosekunden-Lichtimpulse ermöglichen es, die Zustände der Materie umfassend zu verändern. Elektronen werden durch die Laser-Blitze angeregt. Sie weisen dann ein höheres Energieniveau auf und nehmen eine neue Bahn, ein neues Orbital, ein.

Verschiedene Orbitale – oder: verschiedene Zustände des Elektrons – können hierbei beschrieben werden. Hierzu werden Quantenzahlen für die Energie, den Bahndrehimpuls sowie den Eigendrehimpuls genutzt. Wenn die Energie, die von dem Attosekundenpuls auf das Atom übertragen wird, hoch genug ist, kann das Elektron sogar ionisieren. Dies bedeutet, dass es das Atom verlässt und wegfliegt, zum Beispiel zu einem Detektor.

In dem Experiment gelang es den Wissenschaftlern, die Quantenzahlen eines freigesetzten Elektrons – oder auch: die Wellenfunktion eines freigesetzten Elektrons – komplett zu messen und mathematisch zu beschreiben. Daher spricht man auch von einem perfekten Attosekunden-Experiment.

„Die Attosekunden-Forschung ist noch sehr jung“, erklärt Prof. Dr. Marc Vrakking, Direktor am MBI und Mitautor der Publikation. „Erst durch die modernste Laser-Forschung haben wir die Möglichkeit, solche neuartigen Experimente mit ultrakurzen Lichtimpulsen durchzuführen und so umfassend die hierdurch verursachten Veränderungen in der Materie zu messen. Unsere Ergebnisse liefern einen wichtigen Beitrag für die Grundlagenforschung zur Quantenphysik.“

Elektronen sind Elementarteilchen, die Elektrizität erst möglich machen. Die Ionisation ist beispielsweise die Grundlage für Solarzellen. Das Sonnenlicht löst Elektronen aus dem Silizium heraus und setzt hierdurch einen Stromfluss in Gang. Im Experiment werden Laser-Blitze eingesetzt, um Elektronen freizusetzen und die hierdurch veränderten Materiezustände zu messen sowie zu beschreiben. Laser sind jedoch auch unverzichtbare Werkzeuge beim Speichern und Übertragen von Information, in der Messtechnik, in der medizinischen Diagnostik und in der modernen Fertigungstechnik vom Schiffs- und Flugzeugbau bis hin zum Computerchip.

Publikation:
Coherent imaging of an attosecond electron wave packet
D. M. Villeneuve, Paul Hockett, M. J. J. Vrakking, Hiromichi Niikura
Science. 2017, Vol. 356, Issue 6343, doi: http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aam8393 (Link freigeschaltet nach Sperrfrist)

Bildmaterial sowie eine Zusammenfassung der Forschungsergebnisse (in Englisch) finden Sie im Anhang.

Bildunterschrift (18-1115_AttoSecPressR_NRC Ottawa to be credited.jpg): Künstlerdarstellung eines Experiments: Die Sequenz von zwei Laserfeldern interagiert mit den Elektronen, die in einem Atom zirkulieren. Das Ergebnis ist der Nachweis der Form einer elektronischen Wellenfunktion mit einer sechsfachen Symmetrie. Quelle: NRC Ottawa

Kontakt:
Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI)
Prof. Dr. Marc Vrakking
Tel. 030 / 6392-1200
E-Mail marc.vrakking@mbi-berlin.de

Weitere Informationen:

http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aam8393

Anja Wirsing | Forschungsverbund Berlin e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala
20.04.2018 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Licht macht Ionen Beine
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

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

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

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