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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Wiener Physiker bewegen erstmals gezielt Elektronen |
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| | | Der Wiener Physiker Ferenc Krausz zählt zu den führenden Köpfen der Teilchenforschung. Gemeinsam mit seinem Team ist es ihm nun 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. Für seine Forschungen wurde dem Wittgensteinpreisträger Krausz bereits 2002 eine besondere Ehre zuteil: Das Fachmagazin "Science" zählte seine Ergebnisse zu den zehn wichtigsten Entdeckungen des vergangenen Jahres. |
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Die Arbeiten am Institut für Photonik der Technischen Universität (TU) Wien wurden in der renommierten Wissenschaftszeitschrift "Nature" veröffentlicht. Die TU-Forscher arbeiten zusammen mit Kollegen vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching.
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"Attosecond control of electronic processes"
Der Artikel "Attosecond control of electronic processes by intense light fields" von Baltuska, Udem, Uiberacker, Hentschel, Goulielmakis, Gohle, Holzwarth, Yakovlev, Scrinzi, Häntsch sowie Krausz ist erschienen in "Nature", Bd. 421, Seiten 611 - 615, vom 6. Februar 2003 (doi:10.1038/nature01414). In einem begleitenden "News and Views"-Artikel "Ultrafast Control" (Seiten 593-594) kommentiert Philip Bucksbaum die Ergebnisse der Forscher. |
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 Der Originalartikel in "Nature" (kostenpflichtig) |
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Krausz unter den "Top Ten der Wissenschaft 2002" |
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Ende vergangenen Jahres wurde dem Wittgensteinpreisträger Krausz eine besondere Ehre zuteil: Seine Forschungen mit ultrakurzen Laserpulsen fanden sich auf der Liste "Breakthrough of the Year" der Zeitschrift "Science", das Fachmagazin zählte sie zu den zehn wichtigsten Entdeckungen 2002.
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Laserblitze als "Zeitmikroskop" |
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Bis dato verwendeten die TU-Wien-Physikern ihre Laserblitzen mit der Dauer von weniger als einer Femto-Sekunde 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.
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Gezielt bewegen: Teilchen "reiten auf der Pulswelle" |
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"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.
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Die Steuerung ist das Kunststück |
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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). In Zeit ausgedrückt: Eine Schwingungsperiode dauert zwei Femto-Sekunden.
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Femto-Sekunden: Fünf Minuten und das Alter des Universums
Die Physiker um Krausz sind mit ihrer Technologie international führend, bereits im Vorjahr wurde die weltweit erstmalige Erzeugung von Pulsen unter einer Femto-Sekunde publiziert. Wie kurz diese Blitze sind, verdeutlicht ein Vergleich: Eine Femto-Sekunde verhält sich im Vergleich zu einer Sekunde in etwa so wie fünf Minuten im Vergleich zum Alter des Universums. Eine Femto-Sekunde sind 1.000 Atto-Sekunden. (Atto: dän./norw. atten = "achtzehn", Faktor 10 hoch minus 18).
Wie Philip Bucksbaum in seinem Kommentar zum "Nature"-Artikel schreibt: "Innerhalb einer Attosekunde reist Licht ein kleines bisschen weiter als über die Länge eines einzelnen Wassermoleküls. Die natürlichen Vibrationen eines Moleküls finden während Zehntausender Attosekunden statt [...] Sogar die schnelle Bewegung eines atomaren Elektrons wird typischerweise in Hundertausenden Attosekunden gemessen." |
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Mehr dazu in: Ein Blick in das Innere der Atome |
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Die Steuerung ist das Kunststück |
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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.
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Weltweiter Wettlauf um den Röntgenlaser |
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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.
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Mehr zu Ferenc Krausz' Forschungen in science.ORF.at:
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01.01.2010 |
