Ultrakurze Elektronen-Pulse durch Laser

  • 20. February 2017

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.

Elektronenpuls

Abb.: Elektronen werden durch die Wechselwirkung mit dem Laser­feld abge­lenkt. (Bild: P. Hommel­hoff, U. Erlangen-Nürn­berg)

„Man kann das mit einem Stroboskop vergleichen, das die Bewegung des Unter­suchungs­objektes mit­hilfe einer schnellen Blitz­folge abbildet“, erklärt Peter Hommel­hoff von der Uni Erlangen-Nürn­berg. „Dieses Prinzip funk­tio­niert jetzt auch mit Elek­tronen­pulsen.“ Die beson­dere Heraus­for­derung dabei ist, mög­lichst kurze Pulse zu erzeugen. Denn je kürzer ein Elek­tronen­paket ist, umso kleiner ist auch die Zeit­skala, auf der atomare Bewe­gungen abge­bildet werden können. Genau hier sind die Forscher um Hommel­hoff jetzt in neue Dimen­sionen vorge­drungen: Ihnen ist es gelungen, einen Elek­tronen­strom durch Laser so zu mani­pu­lieren, dass perio­dische Elek­tronen­pakete mit einer Länge von 1,3 Femto­sekunden ent­stehen.

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-Gruppe. „Dadurch gewinnen oder ver­lieren die Elek­tronen Energie und wir können aus einem konti­nuier­lichen Strahl ultra­kurze Pakete erzeugen.“

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

Share |

Webinar

Einführung in die Simulation von Halbleiter-Bauelementen

  • 30. November 2017

Von Mosfets über LEDs bis zu Wafern – Halb­leiter­bau­elemente sind essen­tielle Bestand­teile moderner Tech­nik in nahezu allen Bran­chen. Die nume­ri­sche Simu­la­tion kann dabei ein wich­ti­ges Hilfs­mit­tel dar­stel­len, um diese Bau­elemen­te in ihrer Funk­tions­weise zu analy­sie­ren und somit deren Kon­zep­tion zu er­leich­tern.

Alle Webinare »

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer