Elektronenblitze f�r die Nanowelt

Strukturen im Nanobereich werden sichtbar gemacht

Sich zeitlich schnell ver�ndernde Strukturen im Nanobereich lassen sich k�nftig sehr viel besser sichtbar machen als bisher. M�glich wird dies durch die Erzeugung von extrem kurzen Elektronenblitzen mit einem neuen Verfahren, an dem u.a. der Oldenburger Physiker Prof. Dr. Christoph Lienau beteiligt ist. Lienau und seine Kollegen vom Max-Born-Institut f�r Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) in Berlin-Adlershof berichten �ber ihren Forschungserfolg in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters (Bd. 98, 043907, 2007).

(oben) Schema des Experiments mit Metallspitze (grau) und Metall-Nanograben (gelbe Struktur). In den Experimenten wird die Spitze mit einem 0,007 ps langen Lichtimpuls beleuchtet und �ber die Nanostruktur hinweg bewegt. Dabei �ndert sich im Bereich des Nanograbens die Elektronenausbeute. (unten) Elektronenbild des Nanograbens. Der farbige Teil der Abbildung zeigt die lokale Elektronenkonzentration (hell: hohe Konzentration), aus der sich das Profil und die r�umlich variierende elektromagnetische Feldst�rke des Nanograbens bestimmen lassen.

Struktur�nderungen in Nanosystemen, wie z. B. molekulare oder magnetische Schaltprozesse, der Stromtransport in Solarzellen oder die Faltung von Proteinen, laufen mit unvorstellbar hoher Geschwindigkeit auf Zeitskalen von weniger als 1 Pikosekunde, dem millionsten Teil einer Millionstel Sekunde, ab. Weltweit wird gegenw�rtig intensiv daran gearbeitet, solche Prozesse sichtbar zu machen, indem man sie mit extrem kurzen R�ntgen- oder Elektronenimpulsen fotografiert. Bislang ist es aber immer noch sehr schwierig, hinreichend schnelle R�ntgen- oder Elektroblitze zu erzeugen.

�Uns ist es jetzt gelungen, Elektronenblitze zu erzeugen, die nur etwa eine Hunderstel Pikosekunde dauern�, erkl�rt Lienau, der die Arbeitsgruppe �Ultraschnelle Nano-Optik� im Institut f�r Physik der Universit�t Oldenburg leitet. Bei dem neuen Verfahren arbeiten die Wissenschaftler mit einer hauchfeinen Spitze aus Gold, die mit ultrakurzen Lichtimpulsen (Laser) zum Aussenden von Elektronen angeregt wird. Die speziellen Bedingungen dieses Anregungsprozesses f�hren dazu, dass die Elektronenimpulse nur aus dem Ende der Spitze austreten und eine extrem kurze Dauer von weniger als 0,02 Pikosekunden aufweisen. Indem man diese Spitze �ber eine Nanostruktur f�hrt und dabei die Anzahl der austretenden Blitze mit dem Elektronenmikroskop registriert, k�nnen nun zeitaufgel�ste elektronenmikroskopische Bilder von Nanostrukturen aufgenommen werden. Ein erstes solches Bild zeigt die r�umliche Verteilung elektromagnetische Felder in der N�he eines sogenannten Nanograbens in einem Metallfilm. Die Forscher sehen eine Vielzahl von Anwendungen der neuen Technik bei der Strukturuntersuchung von Festk�rpern und Oberfl�chen voraus.

Prof. Dr. Christoph Lienau

Kontakt: Prof. Dr. Christoph Lienau, Institut f�r Physik, Tel. 0441/798-3485, E-Mail: christoph.lienau@uni-oldenburg.de