Um Prozesse in solchen räumlichen und zeitlichen Dimensionen zu erforschen, bedarf es hochmoderner Messgeräte, wie zum Beispiel eines ultraschnellen Elektronenmikroskops. Diese Messgeräte kombinieren die sehr hohe räumliche Auflösung eines traditionellen Elektronenmikroskops mit der zeitlichen Auflösung ultrakurzer Laserimpulse. Ein besonders hochauflösendes Gerät, ein Attosekunden-Elektronenmikroskop, das auch die elektrischen Oszillationen von Licht sichtbar machen kann, hat die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Peter Baum am Fachbereich Physik der Universität Konstanz entwickelt. "Bisher lassen sich auf diese Weise allerdings nur Prozesse vermessen, die speziell und dezidiert mit einem hochenergetischen Laserimpuls angeregt werden. Elektrisch, magnetisch oder anderweitig ausgelöste Vorgänge, wie sie oft in technischen Geräten oder natürlichen Umgebungen auftreten, entziehen sich bisher unserer Beobachtung", so Baum.

Methode nutzt spezielle Laserimpulse

In ihrem neuen Projekt, das mit einem Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) in Höhe von 3,1 Millionen Euro gefördert wird, möchten Baum und sein Team neuartige Elektronenmikroskope entwickeln, die diese Einschränkung überwinden sollen. Dabei werden gezielt erzeugte Sequenzen und räumliche Muster von ultrakurzen Elektronenimpulsen zum Einsatz kommen. "Wir werden mehrere Elektronen mithilfe speziell designter Laserimpulse erzeugen und anschließend mittels Terahertzstrahlung in ihren räumlichen und zeitlichen Eigenschaften kontrollieren, um Korrelationsmessungen vorzunehmen", sagt Baum.

Auf diese Weise kann auf dem zu untersuchenden Objekt eine nahezu frei kontrollierte Abfrage der zeitlichen Abläufe von Prozessen erfolgen. Dadurch soll es möglich werden, die Bewegungen von Atomen und Elektronen auf umfassendere Weise als bisher zu beobachten und auch solche Prozesse in Raum und Zeit sichtbar zu machen, die zuvor nicht zugänglich waren. "Mit diesen neuen Möglichkeiten wollen wir tiefere Einblicke in die grundlegenden Mechanismen gewinnen, die Materialeigenschaften und -übergänge auf atomarer Ebene bestimmen, und so Fortschritte in der Nanotechnologie, der Optik, den Materialwissenschaften und der Quantenphysik erzielen", gibt Professor Baum einen Ausblick.

Quelle: Universität Konstanz