Neues Bildgebungsverfahren ermöglicht es, umfassendere Filme extrem schneller Vorgänge aufzunehmen Forscher zeigen Schnappschüsse elektronischer Zustände - scinexx | Das Wissensmagazin
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Neues Bildgebungsverfahren ermöglicht es, umfassendere Filme extrem schneller Vorgänge aufzunehmen

Forscher zeigen Schnappschüsse elektronischer Zustände

Lasersystem zur Erzeugung der ultrakurzen Röntgenpulse, mit denen die Filmaufnahmen im Experiment gemacht werden. © Rohwer et al. / CAU

Wie schnell sich die elektrischen Eigenschaften bestimmter fester Materialien unter Bestrahlung mit intensiven Laserpulsen verändern, hat jetzt erstmals ein internationales Physikerteam mithilfe eines neuen Bildgebungsverfahren gefilmt. Die Forscher stellen ihre Momentaufnahmen elektronischer Zustände in der aktuellen Ausgabe von „Nature“ ausführlich vor.

Wenn beispielsweise Moleküle miteinander reagieren oder sich Schaltzustände in elektronischen Bauteilen verändern, so sind auf atomaren Skalen dafür Prozesse verantwortlich, die im Zeitbereich von Femtosekunden ablaufen. Eine Femtosekunde entspricht 0,000.000.000.000.001 Sekunden.

Phasenübergänge in Festkörpern direkt verfolgt

„Die von uns entwickelte Technik ermöglicht es, wesentlich umfassendere Filme extrem schneller Vorgänge aufzunehmen, als es mit bisherigen ähnlichen Techniken möglich war“, erklärt Professor Michael Bauer von der Universität Kiel.

„Damit können wir beispielsweise Phasenübergänge in Festkörpern oder katalytische Reaktionen an Oberflächen direkt verfolgen“, so Bauer weiter, der zusammen mit seinen Kieler Kollegen Kai Roßnagel und Professor Lutz Kipp sowie Mitarbeitern der Technischen Universität Kaiserslautern und der Universität Colorado in Boulder, USA, für die neue Studie verantwortlich war.

Zwei Standbilder, aus dem neu entwickelten Bildgebungsverfahren aufgenommen, in einem Zeitabstand von nur 0,00000000000007 Sekunden. © Rohwer et al. / CAU

Lichtblitze im weichen Röntgenbereich

Um die Filme aufzunehmen, verwenden die Kieler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ultrakurze Lichtblitze im weichen Röntgenbereich, die sie mit einem speziellen Lasersystem erzeugen. Bauer: „Der Informationsgewinn durch unsere Zeitlupenaufnahmen ist enorm. Wir erhalten ganz neue Einblicke in die zentralen elektronischen Eigenschaften fester Materialien, die für eine Vielzahl aktueller und zukünftiger Technologien zum Beispiel in der Telekommunikation von Bedeutung sind.“

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Bald ultraschnelle opto-elektronische Bauteile?

Auf Basis der neu gewonnenen Erkenntnisse sollen künftig beispielsweise maßgeschneiderte und ultraschnelle opto-elektronische Bauteile realisiert werden, um Datenübertragungsraten zu erhöhen oder optische Schalter zu beschleunigen.

(Universität Kiel, Claudia, 11.03.2011 – DLO)

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