23.11.2010

Spin-Kontrolle mit Terahertz-Impulsen

Ein neues Verfahren ermöglicht die Kontrolle des Elektronenspins mit Hilfe von Magnetimpulsen im Terahertzbereich.

Ein neues Verfahren ermöglicht die Kontrolle des Elektronenspins mit Hilfe von Magnetimpulsen im Terahertzbereich.

Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Universität Bonn, des Instituts für Atom- und Molekularphysik in Amsterdam und des Fritz Haber-Instituts in Berlin haben eine Möglichkeit gefunden, die Bewegungen von Elektronenspins mithilfe der Magnetfelder von Laserimpulsen deutlich schneller und präziser zu kontrollieren. Die Forscher setzen eine hochintensive Lichtquelle ein, die jüngst am Konstanzer Centrum für Angewandte Photonik (CAP) entwickelt wurde, um starke Magnetimpulse im Terahertzbereich zu erzeugen.

Abb.: Grafische Darstellung der Wechselwirkung zwischen Terahertzstrahlung und Elektronenspin. (Bild: Universität Konstanz)

Die Terahertz-Impulse sind derart kurz, dass sie nur aus einer einzelnen Lichtschwingung bestehen. Das magnetische Feld wird dabei so groß, dass es im Experiment mit Nickeloxid die Elektronen aus ihren ursprünglichen Drehrichtungen stößt. Diese Bewegung vollzieht sich unvorstellbar schnell mit billionenfachen Umdrehungen pro Sekunde – dies ist um den Faktor 1000 schneller als die Ergebnisse mit bisher üblichen Spulen. Den Forschern ist es gelungen, diese Schwingungen mit einer extremen Zeitlupenkamera in Echtzeit zu verfolgen. Darüber hinaus können sie sogar gezielt in das atomare Geschehen eingreifen: Beispielsweise können sie die zuvor angestoßene Präzession der Spins mit einem maßgeschneiderten Laserimpuls abrupt innerhalb von nur einer billionstel Sekunde stoppen.

Neben möglichen technischen Anwendungen betonen die Wissenschaftler vor allem die Bedeutung ihrer Experimente für die Grundlagenforschung. So lassen sich mit der neuen Technik Spins auf kürzesten Zeitskalen und in praktisch allen Materialien erforschen, die für Terahertz-Strahlung durchlässig sind.

Universität Konstanz / AL


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