Wiener Physiker bewegen erstmals gezielt Elektronen

5. Februar 2003, 19:54
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Ultrakurzer Laserpuls dient als Mikropinzette - Elektron wird durch Strahl von Atom weggedrückt

Wien - Wiener Wissenschaftern um Wittgensteinpreisträger Ferenc Krausz ist es erstmals gelungen, ein einzelnes Elektron gezielt zu bewegen. Gleichsam als Pinzette dient dafür ein ultrakurzer Laserpuls, das Elektron wird durch den Strahl kurz vom Atom weggedrückt und anschließend wieder angezogen. Die Arbeiten am Institut für Photonik der Technischen Universität (TU) Wien wurden in der renommierten Wissenschaftszeitschrift "Nature" veröffentlicht.

Krausz' Forschungen mit ultrakurzen Laserpulsen fanden sich Ende des vergangenen Jahres auf der Liste "Breakthrough of the Year" der Zeitschrift "Science". Bis dato verwendeten die TU-Wien-Physikern ihre Laserblitzen mit der Dauer von weniger als einer Femto-Sekunde (eine Femtosekunde verhält sich im Vergleich zu einer Sekunde in etwa so wie fünf Minuten zum Alter des Universums, Anm.) gleichsam als Zeitmikroskop und rein zur Beobachtung. Wie mit einem Stroboskop können durch wiederholte Blitze Bewegungen etwa von Elektronen des Edelgases Krypton aufgespürt und erforscht werden.

Gezielt bewegen

"Durch weitere Verfeinerungen der Experimente und Ausnutzung des Wellencharakters des Laserlichts ist es uns jetzt gelungen, die Elektronen ganz gezielt zu bewegen", so Krausz im Gespräch mit der APA. Das funktioniert - vereinfacht gesagt - so, dass die Teilchen gleichsam auf der Welle des Pulses reiten. Zuerst wird das Elektron ein Stück vom Atom weggedrückt, dann kommt im Zuge der periodischen Schwingung das Wellental zum Tragen und das Teilchen wird wieder zurück Richtung Atom gezogen.

Das Kunststück - bzw. die Präzisionsarbeit - dabei ist die genaue Steuerung der Schwindung des elektrischen Feldes des Laserpulses. Schließlich geht es dabei um Bewegungen im Bereich von Zehntel Nanometern (ein Nanometer ist der Millionste Teil eines Millimeters). Oder in Zeit ausgedrückt: Eine Schwingungsperiode dauert zwei Femto-Sekunden.

Sturz in den Kern

Hat die Einstellung gestimmt, so gelingt es, das Elektron in den Atomkern stürzen zu lassen. Die Kollision setzt ein so genanntes Röntgenphoton frei, und das ist für die Physiker genau messbar. Krausz erhofft sich durch die neuen Möglichkeiten nicht nur für die Grundlagenforschung völlig neue Erkenntnisse über die Natur der Elektronen und das Zusammenspiel im Atom, auch die Technologen sind auf den Plan gerufen. So hat weltweit ein Wettlauf zur Entwicklung eines Röntgenlasers eingesetzt.

Krausz und seine Mitarbeiter haben ihre Forschungen mit Hilfe der Wiener Firma Femtolasers GmbH und der der Münchner Menlo Systems durchgeführt. Derzeit arbeiten die Forscher an einem Prototypen des Elektronenmanipulators, vorläufig sollen vor allem Grundlagenforscher mit derartigen Geräten beliefert werden. (APA)

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