Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Prozesse im atomaren Mikrokosmos werden sichtbar

04.05.2018

Physikern der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ist es gelungen, kontrollierte Elektronenpulse im Attosekundenbereich zu erzeugen. Für ihre Methode nutzen sie optische Wanderwellen, die durch Laserpulse unterschiedlicher Wellenlänge gebildet werden. Mit Attosekundenpulsen könnten Elektronenbewegungen in Atomen sichtbar gemacht werden. Die Ergebnisse der Erlanger Forscher wurden in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht (DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.103203).

Seit Jahren forschen Wissenschaftler intensiv daran, Elektronenpakete auf möglichst kurzen Zeitskalen zu erzeugen. Solche Pulse machen es möglich, ultraschnelle Bewegungen zu verfolgen – etwa Schwingungen von Atomgittern, Phasenübergänge von Stoffen oder die Molekülbildung bei chemischen Reaktionen.


„Je kürzer der Puls, umso schnellere Bewegungen können abgebildet werden“, erklärt Prof. Dr. Peter Hommelhoff, Inhaber des Lehrstuhls für Laserphysik der FAU.

„Eine besondere Herausforderung besteht jedoch auch darin, die Elektronenpakete zu kontrollieren.“ Im vergangenen Jahr war es Hommelhoff und seinen Mitarbeitern gelungen, periodische Elektronenpulse mit einer Länge von 1,3 Femtosekunden – eine Femtosekunde ist der billiardste Teil einer Sekunde – zu erzeugen. Sie hatten dafür einen kontinuierlichen Elektronenstrahl über ein Siliziumgitter geleitet und ihn dort mit dem optischen Feld von Laserpulsen überlagert.

Vom Femto- zum Attosekundenpuls

Jetzt haben die Erlanger Forscher nachgelegt und Elektronenpulse von 0,3 Femto- bzw. 300 Attosekunden erzeugt. Auch bei dieser Methode ist Laserlicht im Spiel: Zunächst werden Elektronenpakete mithilfe von ultravioletten Laserpulsen aus einer Elektronenquelle emittiert. Diese Pakete wechselwirken anschließend mit optischen Wanderwellen, die durch zwei Infrarot-Laserpulse unterschiedlicher Wellenlänge im Vakuum gebildet werden.

„Durch die ponderomotorische Wechselwirkung kommt es zu einer Verschiebung der Elektronendichte”, erklärt Norbert Schönenberger, Mitarbeiter am Lehrstuhl Hommelhoff und Koautor der Studie.

„Wir zerlegen das Elektronenpaket gewissermaßen in noch kleinere Pakete und erzeugen so Elektronenpulse im Attosekundenbereich. Die zeitverzögerte Ankunft der Laserstrahlen erlaubt es uns, spezifische Wanderwellen zu erzeugen und somit die Pulszüge exakt zu kontrollieren.”

Die Methode der FAU-Physiker könnte Elektronenbeugungs- und Mikroskopie-Experimente revolutionieren. Mit Attosekundenpulsen wird es künftig möglich sein, nicht nur Atombewegungen zu verfolgen, sondern sogar die Dynamik von Elektronen innerhalb von Atomen, Molekülen und Festkörpern sichtbar zu machen.

Die Ergebnisse wurden unter dem Titel „Ponderomotive Generation and Detection of Attosecond Free-Electron Pulse Trains“ in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Peter Hommelhoff
Lehrstuhl für Laserphysik
Tel.: 09131/85-27090
peter.hommelhoff@fau.de

Dr. Susanne Langer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.fau.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?
16.07.2018 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen
13.07.2018 | Technische Universität München

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: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

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

Vertikales Begrünungssystem Biolit Vertical Green<sup>®</sup> auf Landesgartenschau Würzburg

16.07.2018 | Architektur Bauwesen

Feinstaub macht Bäume anfälliger gegen Trockenheit

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Krebszellen Winterschlaf halten

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

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