Ultrakurze Elektronen-Pulse durch Laser
Neues Verfahren zur optisch kontrollierten Beschleunigung, Abbremsung und Ablenkung von Elektronen.
Elektronenmikroskope haben Forschern eine neue Welt eröffnet: Modernste Raster- oder Transmissionsgeräte können heute einzelne Atome abbilden. Trotz dieser enormen Auflösung hat der Betrieb mit konstanten Elektronenströmen einen Nachteil: Ultraschnelle Reaktionen, etwa das Aufbrechen chemischer Verbindungen oder Schwingungen von Atomen, lassen sich damit nicht darstellen. Aus diesem Grund wurden in den letzten Jahren Mikroskope entwickelt, die mit Elektronenpulsen arbeiten.
Abb.: Elektronen werden durch die Wechselwirkung mit dem Laserfeld abgelenkt. (Bild: P. Hommelhoff, U. Erlangen-
„Man kann das mit einem Stroboskop vergleichen, das die Bewegung des Untersuchungsobjektes mithilfe einer schnellen Blitzfolge abbildet“, erklärt Peter Hommelhoff von der Uni Erlangen-
Dafür haben die Forscher einen Elektronenstrahl über die Oberfläche eines Siliziumgitters geleitet und ihn dort in zwei Abschnitten mit dem optischen Feld von Laserpulsen überlagert. „Über den Laser steuern wir die Frequenz des periodischen Feldes und synchronisieren sie mit der Geschwindigkeit der Elektronen“, erläutert Martin Kozák, Mitglied der Hommelhoff-
Zusätzlich zur kontrollierten Beschleunigung und Abbremsung ist es dem Team gelungen, die Elektronen am schräggestellten Siliziumgitter mit Laserpulsen seitlich abzulenken. Je nachdem, wann genau die Elektronen mit dem Laserfeld wechselwirken, werden sie in die eine oder in die andere Richtung abgelenkt. Die Detektion der so entstehenden Elektronenverteilung wird beispielsweise bei Schmierbildkameras angewandt, mit denen bisher schon zeitliche Auflösungen im Femtosekundenbereich realisiert werden. Die neue Methode wird jedoch zeitliche Auflösungen im Attosekundenbereich erlauben.
FAU / RK
