Auf Katzenpfoten zu neuen Wegen in der Spektroskopie
Eine Theorie der Quanten-Laserspektroskopie verspricht neue Anwendungen auf der Nanoskala.
Wissenschaftler von der Philipps-Universität Marburg sowie der University of Colorado haben einen neuen Theorierahmen vorgestellt, der – glaubt man der Aussage der Forscher – die Laserspektroskopie revolutionieren könnte. Laserspektroskopie ist eine überaus präzise Methode, um den Zustand von Materie zu analysieren und zu kontrollieren; sie findet zahlreiche Anwendungen in Physik, Chemie, Meteorologie und den Lebenswissenschaften. Indes findet hierbei die Ausnutzung von quantenoptischen Charakteristika des Lichts bislang eine enge Grenze, die durch die Komplexität der betrachteten Objekte gezogen wird. Die experimentelle Forschung beschränkt sich daher im Wesentlichen auf vergleichsweise einfache Systeme, zum Beispiel einzelne Atome.
Der Ansatz der Physiker aus Deutschland und den USA soll es nunmehr ermöglichen, quantenoptische Untersuchungen auch an Vielteilchen-Systemen durchzuführen, etwa an Halbleitern und Molekülen. Die quantenoptischen Prozesse in solchen Systemen sind abhängig vom jeweiligen Systemzustand und den Wechselwirkungen, die dabei auftreten, wie die Wissenschaftler erläutern. Sie analysieren in ihrem Aufsatz experimentelle Ergebnisse der Laserspektroskopie und kombinieren die Daten mit einer neuentwickelten Theorie. Das von ihnen vorgeschlagene Schema projiziert eine große Zahl klassischer Messungen auf das Verhalten eines mathematisch präzise definierten Quantenlasers. Die Ergebnisse klassischer Anregungsexperimente enthalten bereits alle Informationen, um auch die quantenoptischen Zustände des Systems zu charakterisieren. Die Arbeit der Theoretiker demonstriert, wie sich diese „verborgenen“ Informationen extrahieren lassen.
Auch wenn ihre Analyse sich auf Halbleiter fokussiere, seien die künftigen Anwendungen keineswegs darauf beschränkt. Im Prinzip könne mit der Methode jedes Vielteilchen-Objekt untersucht werden, behaupten die Forscher. Dabei könne man auf die experimentellen Vorgehensweisen zurückgreifen, die in der hochpräzisen Laserspektroskopie seit Langem etabliert sind.
Uni Marburg / PH
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