Das kürzeste Blitzlicht der Welt
Regensburg · Fotografen wissen es: Wer schnelle Bewegungen im Bild einfrieren möchte, muss kurze Verschlusszeiten nutzen. Physiker der Uni Regensburg haben das Prinzip nun auf die Spitze getrieben. Sie fotografierten einzelne Moleküle mit einem Lichtblitz von einer billardstel Sekunde Dauer.
Die Welt, in der wir leben, wirkt fest gefügt. Häuser, in denen wir wohnen, vermitteln ein beruhigendes Gefühl von Stabilität, die Gegenstände, mit denen wir uns umgeben, machen einen handfesten Eindruck. Doch der täuscht. Atome und Moleküle , aus denen die Materie aufgebaut ist, sind nicht fix. Auf atomarer Ebene ist alles ständig in Bewegung. Diese Dynamik bestimmt das Verhalten der Materie, erklären Physiker der Uni Regensburg . Sie beeinflusst zum Beispiel die chemischen Reaktionen.
Schon lange versuchen Wissenschaftler, Bewegungen einzelner Moleküle sichtbar zu machen. Doch dafür ist ein extrem empfindliches Mikroskop nötig. Es muss in der Lage sein, Veränderungen zu registrieren, die sich in millionstel Teilen einer milliardstel Sekunde (Femtosekunde) abspielen. Eine Forschergruppe der Uni Regensburg um die Physik-Professoren Rupert Huber und Jascha Repp berichtet nun über einen Durchbruch. Sie entwickelte ein ultraschnelles Rastertunnelmikroskop. Sein Konstruktionsprinzip, so die Uni Regensburg , ähnelt dem des Plattenspielers. Das Mikroskop tastet mit einem Sensor die zu untersuchende Oberfläche ab. An seiner Spitze sitzt eine "Nadel", die allerdings in ein einziges Atom ausläuft. Sie berührt nie die Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstandes, sondern schwebt wenige Atomabstände darüber. Ein quantenmechanischer Effekt, das sogenannte Tunneln von Elektronen, erlaubt es, mit dieser Spitze Strukturen zu erfassen, die kleiner als ein Molekül sind.
Die Physiker berichten nun, ihnen sei es gelungen, dieses Messverfahren mit einer ultrakurzen Belichtungszeit zu koppeln. Sie nutzten dafür das elektrische Trägerfeld eines Lichtblitzes als Vorspannung, berichtet die Hochschule. Damit sei nun der Femtosekunden-Schnappschuss einzelner Moleküle möglich. Die Forscher gehen davon aus, dass dieses Verfahren der Nanotechnik neue Forschungsmöglichkeiten eröffnet und neue Technologien, wie eine superschnelle, lichtwellengesteuerte Nanoelektronik möglich machen könnte. Auch elektrische Phänomene, wie die Hochtemperatur-Supraleitung, der verlustfreie Transport elektrischer Energie, und Anwendungen in der Photovoltaik ließen sich so erforschen.
