Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Terahertzstrahlung: Eine Quelle für sichere Lebensmittel

16.06.2016

Für die Kontrolle von Lebensmitteln und Medikamenten könnte es künftig ein leistungsfähiges und preiswertes Instrument geben. Wissenschaftler des Berliner Fritz-Haber-Institutes der Max-Planck-Gesellschaft haben mit nationalen und internationalen Partnern eine neuartige Quelle für Terahertzstrahlung entwickelt. Somit wird es deutlich einfacher, diese Strahlung zu erzeugen, die sich gut zur Analyse weicher Materialien eignet und daher künftig vermehrt in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie Anwendung finden könnte.

Terahertzwellen liegen im elektromagnetischen Spektrum im Frequenzbereich von etwa 0,3 bis 30 Terahertz – zwischen den Mikrowellen und dem infraroten Licht. Sie sind für die Analyse von organischem Material nützlich, weil sie etwa Textilien und Kunststoffe durchdringt, andererseits von vielen Pharmaka auf charakteristische Weise absorbiert wird. Anders als etwa Röntgenstrahlen sind Terahertzstrahlen zudem gesundheitlich unbedenklich.


Ein Laserimpuls treibt Elektronen aus einer magnetischen in eine nichtmagnetische Metallschicht. Der dabei entstehende Strom entlang des roten Pfeils erzeugt den Terahertz-Impuls.

FHI/Nature Photonics 2016


Kompakt und kostengünstig: Tom Seifert, Doktorand des Fritz-Haber-Instituts, präsentiert eine Quelle für Strahlung des ganzen Terahertzspektrums.

Fritz-Haber-Institut der MPG

Eine große Bandbreite für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie

„Durch unseren Ansatz, Terahertzstrahlung zu erzeugen, werden Anwendungen möglich, für die solche Quellen bislang zu teuer waren“, sagt Tobias Kampfrath, Leiter der Terahertz-Physik-Forschungsgruppe am Fritz-Haber-Institut, die bei der Entwicklung des Konzeptes federführend war.

Die Terahertzquelle, die sein Team und ihre Partner in Mainz, Greifswald und Jülich sowie in den USA, Schweden und Frankreich nun vorstellen, erzeugt erstmals mit relativ wenig Aufwand die gesamte Bandbreite an Terahertzstrahlung.

Das ist vor allem für die Kontrolle von Lebensmitteln und Medikamenten nützlich, weil Analysen über den gesamten Terahertzbereich hinweg auf mehr Stoffe ansprechen und daher aussagekräftigere Resultate liefern. Derzeit sind Apparate, die das gesamte Spektrum der Terahertzstrahlung erzeugen, noch teuer und groß, weil sie mit sehr leistungsstarken Lasern betrieben werden.

„Unser Emitter erzeugt das gesamte Spektrum von 1 bis 30 Terahertz und eignet sich dabei auch für Tischgeräte. Außerdem ist er energieeffizienter, einfacher zu bedienen und kostengünstiger in der Herstellung als bisherige Quellen“, sagt Tom Seifert, Doktorand am Fritz-Haber-Institut. „Wir erwarten, dass er rasch und breit eingesetzt wird.“

Ein kurzer Stromstoß macht eine metallische Doppelschicht zur Antenne

Die Quelle nutzt einen kompakten Femtosekundenlaser, der 80 Millionen ultrakurze Lichtblitze pro Sekunde erzeugt. Der eigentliche Emitter, den der Laser anregt, ähnelt einer Solarzelle. Er besteht allerdings aus einer magnetischen und einer nicht-magnetischen Metallschicht, die jeweils nur drei Nanometer dick sind und auf einem Glasträger aufgebracht sind. Wenn ein ultrakurzer Laserblitz auf das Material trifft, erzeugt er einen Stromstoß, so dass die metallische Doppelschicht zu einer Sendeantenne für elektromagnetische Wellen mit Terahertzfrequenzen wird.

„Der Emitter funktioniert so gut, weil wir zusätzlich zur Ladung der Elektronen auch ihren Spin nutzen“, sagt Tom Seifert. Der Spin ist eine magnetische Eigenschaft der Elektronen und bewirkt, dass sich Strom in magnetischen Metallen anders verhält als in nichtmagnetischen. Das Laserlicht mobilisiert in der magnetischen Schicht zunächst unterschiedlich viele Elektronen der beiden möglichen Spin-Orientierungen. Die Ladungsträger fließen dann in die nicht-magnetische Schicht.

Dort werden sie abhängig von ihrem Spin in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt. So entsteht ein Strom senkrecht zur ursprünglichen Bewegungsrichtung der Elektronen. Genau dieser Stromstoß erzeugt dann den Terahertz-Impuls. Da der metallische Doppelfilm extrem dünn ist, wird die elektromagnetische Strahlung auf ihrem Weg aus dem Metall kaum abgeschwächt, wie es in einer dickeren Schicht der Fall wäre.

TK/PH

Kontakt:
Dr. Tobias Kampfrath
Fritz-Haber-Institut der MPG
Mail: kampfrath@fhi-berlin.mpg.de
Tel.: +49 30 8413-5222

Originalveröffentlichung:
Efficient metallic spintronic emitters of ultrabroadband terahertz radiation
T. Seifert, S. Jaiswal, U. Martens, J. Hannegan, L. Braun, P. Maldonado, F. Freimuth, A. Kronenberg, J. Henrizi, I. Radu, E. Beaurepaire, Y. Mokrousov, P. M. Oppeneer, M. Jourdan, G. Jakob, D. Turchinovich, L. M. Hayden, M. Wolf, M. Münzenberg, M. Kläui und T. Kampfrath,
Nature Photonics, 23. Mai 2016; DOI: 10.1038/NPHOTON.2016.91

Peter Hergersberg | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Leibniz-IWT an Raumfahrtmission beteiligt: Bremer unterstützen Experimente im All
14.08.2018 | Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien

nachricht Intensive Laser-Cluster Wechselwirkungen führen zu niedrigenergetischer Elektronenemission
09.08.2018 | Forschungsverbund Berlin e.V.

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: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Im Focus: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Im Focus: New interactive machine learning tool makes car designs more aerodynamic

Scientists develop first tool to use machine learning methods to compute flow around interactively designable 3D objects. Tool will be presented at this year’s prestigious SIGGRAPH conference.

When engineers or designers want to test the aerodynamic properties of the newly designed shape of a car, airplane, or other object, they would normally model...

Im Focus: Der Roboter als „Tankwart“: TU Graz entwickelt robotergesteuertes Schnellladesystem für E-Fahrzeuge

Eine Weltneuheit präsentieren Forschende der TU Graz gemeinsam mit Industriepartnern: Den Prototypen eines robotergesteuerten CCS-Schnellladesystems für Elektrofahrzeuge, das erstmals auch das serielle Laden von Fahrzeugen in unterschiedlichen Parkpositionen ermöglicht.

Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden weltweit hohe Wachstumsraten prognostiziert: 2025, so die Prognosen, wird es jährlich bereits 25 Millionen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

EEA-ESEM Konferenz findet an der Uni Köln statt

13.08.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung in der chemischen Industrie

09.08.2018 | Veranstaltungen

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

Macht Sinn: Fraunhofer entwickelt Sensorsystem für KMU

15.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

15.08.2018 | Informationstechnologie

FKIE-Wissenschaftler präsentiert neuen Ansatz zur Detektion von Malware-Daten in Bilddateien

15.08.2018 | Informationstechnologie

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