Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erfahrung sammeln für das Lichtmonster

19.12.2005


Physiker des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie wollen ultrakurze Synchrotron- und Röntgenblitze erzeugen. Das MBI hat dafür in einem Wettbewerbsverfahren Mittel aus dem Pakt für Forschung und Innovation eingeworben.
"Dann schau’n wir uns die Elektronen an." Aus dem Mund des Münchner Physikers Martin Weinelt klingt das wie eine Selbstverständlichkeit. Doch in Wirklichkeit beschreibt der Professor am Max-Born-Institut mit dem lapidaren Satz einen Gang an die Grenzen der bisherigen Experimentalphysik. Denn Elektronen kann man nicht sehen, ihr Verhalten lässt sich nur mit Wahrscheinlichkeiten beschreiben, aber nicht im Einzelnen nachverfolgen.

... mehr zu:
»BESSY »MBI


Und doch untersuchen Weinelt und seine Kollegen am MBI einzelne Elektronen. Sie beschießen dazu Edelgase mit kurzen, hochenergetischen Laserblitzen und beschleunigen Atome darin so stark, dass Elektronen aus der Bahn geraten. Die Energie ist so dosiert, dass die Elektronen wieder in ihre Bahnen zurückkehren - würden sie fortgerissen, so würde das Atom zu einem Ion, das Gas wäre ionisiert. Fallen die Elektronen dagegen in ihr ursprüngliches Energieniveau zurück, senden sie ein Photon aus. "Wir benutzen diese Photonen, um damit andere Elektronen zu untersuchen", sagt Weinelt. Lichtteilchen und Elektron beeinflussen sich gegenseitig, sie interagieren - wie, das lässt sich mit der so genannten Photoelektronen-Spektroskopie messen.

Mit einem einzigen "Schuss" aus dem Laser würden die Forscher eine Momentaufnahme erhalten. Der Clou ist es nun, möglichst viele extrem kurze Pulse rasch hintereinander abzufeuern, um daraus eine Art Film mit vielen Bildern herzustellen. Auf diese Weise erhalten die Forscher Einblicke in Elektronenbewegungen. Ihre Erkenntnisse sind beispielsweise für die Dynamik von chemischen Reaktionen entscheidend, aber auch für ultraschnelle Magnetisierungsprozesse. "Wir wollen herausfinden, wie schnell eine Festplatte beschrieben werden kann", sagt Weinelt.

Zusammen mit Kollegen aus dem MBI und dem benachbarten Elektronenspeicherring für Synchrotronstrahlung BESSY will der Forscher nun die Grenzen der Kurzzeitphysik weiter ausdehnen - noch heller und farbiger soll das Licht werden, mit dem Forscher ihre Proben untersuchen, und zugleich soll sich die Pulsdauer nicht verlängern. Das Projekt erhielt im Rahmen des Wettbewerbs um die Mittel aus dem Pakt für Innovation eine Förderzusage. Das beantragte Gesamtvolumen beläuft sich auf 1,2 Millionen Euro in den nächsten drei Jahren.

Endziel ist ein Gerät zur Photoelektronen-Spektroskopie, das bei BESSY stehen wird und dort die hochbrillante Synchrotronstrahlung in ganz kurze Lichtblitze zerlegt. Wie geht das? Weinelt: "Ein Teil des Projektes besteht darin, einen unserer Kurzpuls-Laser mit dem Elektronenstrahl von BESSY so zu synchronisieren, dass aus den im Kreis herumsausenden Elektronenpaketen eine hauchdünne Scheibe herausgeschnitten wird." Die Länge der Pakete bemisst sich nach der Zeit, die sie brauchen, um einen Punkt zu passieren. Sie liegt bei 50 Pikosekunden, das sind 50 Millionstel Millionstel Sekunden. Mit Lichtgeschwindigkeit kommen die Elektronen in dieser Zeit eineinhalb Zentimeter weit. Aus so einem daumennagel-langen Elektronenpaket schneiden die Forscher mithilfe von Ablenkmagneten eine Scheibe heraus, die nicht dicker ist als ein menschliches Haar - 0,03 Millimeter. In Zeit ausgedrückt: Der Puls ist 100 Femtosekunden kurz, also 100 Milliardstel Millionstel Sekunden und verhält sich damit zu einer Minute in etwa so wie zehn Minuten zum Alter des Universums.

Darüber hinaus wollen die Wissenschaftler am Max-Born-Institut mit ihren Lasern selbst kurzwelliges Licht erzeugen - im Bereich von VUV- und Röntgenstrahlen. VUV steht für Vakuumultraviolett. Das erzeugte Licht hat Wellenlängen zwischen 10 und 100 Nanometern. Was ist der Vorteil dieser kurzen Wellenlängen? "Je kürzer die Wellenlänge", sagt Weinelt, "desto mehr Energie steckt im einzelnen Lichtteilchen und desto tiefer können wir in die Atome hineinschauen."

Das MBI und BESSY ergänzen sich dabei in idealer Weise. Die Wissenschaftler des Max-Born-Instituts bringen die Expertise zur Erzeugung ultrakurzer Lichtimpulse mit, überdies verfügen sie bereits über eine einzigartige Quelle für inkohärente Röntgenstrahlen. Inkohärent bedeutet, dass nicht alle Lichtteilchen exakt im Gleichklang schwingen; Licht einer Glühlampe ist zum Beispiel inkohärent. Die BESSY-Forscher dagegen haben große Erfahrung mit hochbrillantem Licht und mit den Geräten, die diese Strahlung aushalten müssen. Außerdem verfügen sie über das Know-how, das Licht so zu verändern, dass es zum Durchleuchten der Atome nutzbar wird. "Man könnte auch einfarbig oder monochrom sagen", erläutert Weinelt. Die Maschinen dazu heißen dementsprechend Monochromatoren.

Am Ende soll eine Anlage entstehen, so groß wie ein Kleinlaster, die es den Forschern erlaubt, bisher nicht für möglich gehaltene Einblicke in die Materie zu erhalten. "Unser Konzept sieht ausdrücklich vor, dass wir auch externen Nutzern zur Verfügung stehen", sagt Weinelt. "Bei uns können und sollen also Forscher aus aller Welt Experimente durchführen." Solche Experimente werden in Zukunft am Freie-Elektronen-Laser in Hamburg und, so hofft Weinelt, auch an einer weiterentwickelten Version in Berlin bei BESSY stattfinden. Der Laser in Hamburg, eben erst wurde der Bau beschlossen, wird ein wahres Lichtmonster sein und das, was derzeit bei BESSY und am MBI passiert, in den Schatten stellen. Um so wichtiger ist es, jetzt schon Erfahrungen mit solchen Strahlen zu sammeln. Weinelt: "Wir bereiten die jungen Wissenschaftler von heute auf die Fragestellungen und Experimente von morgen vor."

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Martin Weinelt
Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie
Max-Born-Straße 2A
12489 Berlin
Tel: 030-6392-1210
Mail: weinelt@mbi-berlin.de

Josef Zens | idw
Weitere Informationen:
http://www.mbi-berlin.de

Weitere Berichte zu: BESSY MBI

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Wettrennen in Sonnennähe: Ionen sind schneller als Atome
22.03.2019 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Die Zähmung der Lichtschraube
22.03.2019 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

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: Die Zähmung der Lichtschraube

Wissenschaftler vom DESY und MPSD erzeugen in Festkörpern hohe-Harmonische Lichtpulse mit geregeltem Polarisationszustand, indem sie sich die Kristallsymmetrie und attosekundenschnelle Elektronendynamik zunutze machen. Die neu etablierte Technik könnte faszinierende Anwendungen in der ultraschnellen Petahertz-Elektronik und in spektroskopischen Untersuchungen neuartiger Quantenmaterialien finden.

Der nichtlineare Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer (HHG) in Gasen ist einer der Grundsteine der Attosekundenwissenschaft (eine Attosekunde ist ein...

Im Focus: The taming of the light screw

DESY and MPSD scientists create high-order harmonics from solids with controlled polarization states, taking advantage of both crystal symmetry and attosecond electronic dynamics. The newly demonstrated technique might find intriguing applications in petahertz electronics and for spectroscopic studies of novel quantum materials.

The nonlinear process of high-order harmonic generation (HHG) in gases is one of the cornerstones of attosecond science (an attosecond is a billionth of a...

Im Focus: Magnetische Mikroboote

Nano- und Mikrotechnologie sind nicht nur für medizinische Anwendungen wie in der Wirkstofffreisetzung vielversprechende Kandidaten, sondern auch für die Entwicklung kleiner Roboter oder flexibler integrierter Sensoren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben mit einer neu entwickelten Methode magnetische Mikropartikel hergestellt, die den Weg für den Bau von Mikromotoren oder die Zielführung von Medikamenten im menschlichen Körper, wie z.B. zu einem Tumor, ebnen könnten. Die Herstellung solcher Strukturen sowie deren Bewegung kann einfach durch Magnetfelder gesteuert werden und findet daher Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen.

Die magnetischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, wie dieses Material auf das Vorhandensein eines Magnetfeldes reagiert. Eisenoxid ist der...

Im Focus: Magnetic micro-boats

Nano- and microtechnology are promising candidates not only for medical applications such as drug delivery but also for the creation of little robots or flexible integrated sensors. Scientists from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) have created magnetic microparticles, with a newly developed method, that could pave the way for building micro-motors or guiding drugs in the human body to a target, like a tumor. The preparation of such structures as well as their remote-control can be regulated using magnetic fields and therefore can find application in an array of domains.

The magnetic properties of a material control how this material responds to the presence of a magnetic field. Iron oxide is the main component of rust but also...

Im Focus: Goldkugel im goldenen Käfig

„Goldenes Fulleren“: Liganden-geschützter Nanocluster aus 32 Goldatomen

Forschern ist es gelungen, eine winzige Struktur aus 32 Goldatomen zu synthetisieren. Dieser Nanocluster hat einen Kern aus 12 Goldatomen, der von einer Schale...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung 2019 für Nuklearmedizin in Bremen

21.03.2019 | Veranstaltungen

6. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztage vom 25. bis 26.3. 2019

21.03.2019 | Veranstaltungen

Teilchenphysik trifft Didaktik und künstliche Intelligenz in Aachen

20.03.2019 | Veranstaltungen

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

Die Zähmung der Lichtschraube

22.03.2019 | Physik Astronomie

Saarbrücker Forscher erleichtern durch Open Source-Software den Durchblick bei Massen-Sensordaten

22.03.2019 | HANNOVER MESSE

Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt

22.03.2019 | Biowissenschaften Chemie

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