„Weil wir es können“
Hochgeschwindigkeitsvideo zeigt Elektronenwellen auf einer mikroskopischen Limonadenflasche.
Die Untersuchung von Elektronenwellen ist ein heißes Forschungsthema, denn sie vereinen in sich die besten Eigenschaften der Mikro- und Optoelektronik, ohne deren typischen Beschränkungen zu unterliegen. Sie sind daher vielversprechende Kandidaten für künftige Datenübertragungen in schnelleren Computern und in Telekommunikationsanwendungen. Auch das Team von Frank Meyer zu Heringdorf untersucht an der UDE die Ausbreitung von Elektronenwellen auf Silberoberflächen.
Abb.: Elektronenmikroskopische Aufnahme der strukturierten Silberflasche (a), Elektronendichtewellen in der Flasche. Die Wellen starten gleichzeitig am oberen und unteren Ende der Flasche (b). Die Elektronendichtewelle 50 fs später – die Welle ist nun in der Mitte der Flasche angekommen (c; Bild: UDE)
Die Idee zu ihrem Limoflaschenexperiment lieferte den Wissenschaftlern ein ähnliches Video des Massachusetts Institute of Technology (MIT). Der Film der Amerikaner zeigt ebenfalls, wie ein Laserpuls durch eine Limonadenflasche fliegt. Eine erstaunliche Leistung, führt man sich einmal die Größen- und Geschwindigkeitsverhältnisse vor Augen: Die Limonadenflasche misst nur rund dreißig Zentimeter, der Laserpuls durchfliegt sie also in nur einer Nanosekunde. Um den Flug zu verfolgen, musste die Belichtungszeit der Kamera daher deutlich kürzer als eine Nanosekunde sein. Hierfür sind selbst die besten Spiegelreflexkameras etwa eine Million Mal zu langsam.
Die Duisburger Forscher wollten dieses Experiment in der Nanowelt wiederholen und verwendeten dafür eine „Limonadenflasche“ aus Silber, bequem auf die Querschnittsfläche eines Haares passt. Entsprechend fasst die Flasche auch nur ein Volumen von knapp zwanzig Femtolitern. Die Zeit, in der die Elektronenwellen über die Flasche laufen, ist noch etwa zehntausend Mal kürzer als in dem amerikanischen Experiment. Doch dafür sind die Experten für Ultrakurzzeitphysik ausgerüstet. Das Ergebnis ist ein einzigartiger Film aus einer winzigen Welt.
Warum die Forscher das gemacht haben? „Weil wir es können“, entgegnet Philip Kahl von der UDE verschmitzt. Einerseits untersucht die Arbeitsgruppe ohnehin die Physik der Ausbreitung solcher Elektronenwellen. „Andererseits“, fügt Meyer zu Heringdorf hinzu, „darf Wissenschaft doch auch mal einfach nur Spaß machen.“
UDE / AH
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Elektronenwellen laufen über eine winzige Silberflasche (Visualisierung: UDE)
