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 Unser Gehirn behält das Unerwartete im Blick
17.08.2018 | Philipps-Universität Marburg

nachricht Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt
16.08.2018 | Universität Bern

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: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

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