Feldern auf den Zahn gefühlt

  • 02. June 2017

Attosekunden-Interferometrie ermöglicht Rekonstruktion schwacher elektromagnetischer Felder.

Einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung von Giuseppe Sansone vom Physikalischen Institut der Universität Freiburg ist es erstmals gelungen, die komplexe Entwicklung des elektrischen Feldes von schwachen Licht­pulsen vollständig zu charakterisieren. Deren Schwingungs­richtung, Dauer und Intensität hängen davon ab, wie sich ihr elektrisches und ihr magnetisches Feld räumlich und zeitlich entwickeln. Diese beiden Vektoren können in komplexen Bahn­kurven verlaufen, während sich ein Lichtpuls ausbreitet – sie können sich zum Beispiel entlang eines Kreises drehen, eine Ellipse oder eine beliebige Misch­kombination beschreiben. Die Bewegung erfolgt auf der Zeitskala von einigen Hundert Atto­sekunden, was viel schneller ist, als jedes herkömmliche elektronische oder opto­elektronische Messgerät erfassen kann.

Abb.: Das elektrische Feld bewegt sich in komplexen Bahnkurven, während sich ein Lichtpuls ausbreitet. (Bild: G. Sansone)

Abb.: Das elektrische Feld bewegt sich in komplexen Bahnkurven, während sich ein Lichtpuls ausbreitet. (Bild: G. Sansone)

Um dennoch beobachten zu können, wie sich das elektrische Feld bewegt, hat das Team eine Methode entwickelt, bei der Attosekunden-Laser zum Einsatz kommen. „Mit diesem neuartigen Werkzeug konnten wir Elektronen als Wellenpakete, die nur wenige Hundert Atto­sekunden dauern, erzeugen“, erklärt Sansone. Während ihrer Bewegung sind Elektronen äußerst empfindlich gegenüber äußeren Störungen.

Die Wissenschaftler haben diese Eigenschaft ausgenutzt, um die Bahn­kurven der Elektronen mit schwachen sichtbaren Licht­pulsen zu modifizieren. Daraufhin haben sie gemessen, wie sich diese Kurven verändert haben, und daraus die Intensität und die Richtung des elektrischen Feldes abgeleitet. „Mit unserer Methode wird es in Zukunft möglich sein, eine vollständige Charakterisierung der elektronischen Bewegung in Festkörpern zu erhalten, indem man das von ihrer Oberfläche reflektierte, sichtbare Licht misst“, sagt Sansone.

Forscher der Universität Jena, des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg, der Physikalisch-Technischen Bundes­anstalt in Braunschweig sowie des Politecnico in Mailand und des Istituto di Fotonica e Nano­tecnologie in Padua haben wesentlich zu diesen Ergebnissen beigetragen.

ALU / DE

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