[02.07.2013] Nach 130 Millionstel einer Milliardstel Sekunde ist alles schon vorbei – aber zum Glück gibt es ja die Zeitlupe: Ein Youtube-Video von Wissenschaftlern des Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) zeigt, wie sich Elektronenwellen auf einer winzigen Silberflasche bewegen. Damit wir die Wellen verfolgen können, wurde ihre Bewegung zehntausend Billionen Mal verlangsamt.

Die Untersuchung von Elektronenwellen ist ein heißes Forschungsthema, denn sie vereinen in sich die besten Eigenschaften der Mikro- und Optoelektronik, ohne deren typischen Beschränkungen zu unterliegen. Sie sind daher vielversprechende Kandidaten für künftige Datenübertragungen in schnelleren Computern und in Telekommunikationsanwendungen. Auch das Team von PD Dr. Frank Meyer zu Heringdorf in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Michael Horn-von Hoegen untersucht die Ausbreitung von Elektronenwellen auf Silberoberflächen.

Als er ein Video des renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) sah, fragte sich Doktorand Philip Kahl, ob etwas Ähnliches auch in der Nanowelt möglich ist: Der Film der Amerikaner zeigt, wie ein Laserpuls durch eine Limonadenflasche fliegt. Eine erstaunliche Leistung, führt man sich einmal die Größen- und Geschwindigkeitsverhältnisse vor Augen: Ein Lichtpuls fliegt mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 300.000 Kilometern pro Sekunde. Er überbrückt also in einer Sekunde knapp die Distanz zwischen Erde und Mond. Die Limonadenflasche ist dagegen nur rund 30 cm lang, sodass der Laserpuls sie in nur einer Nanosekunde durchfliegt. Um den Flug des Laserpulses zu verfolgen, musste die Belichtungszeit der Kamera des MIT daher deutlich kürzer als eine Nanosekunde sein. Hierfür sind selbst die besten Spiegelreflexkameras etwa eine Million Mal zu langsam.

Kahl und Meyer zu Heringdorf führten nun ein ähnliches Experiment mit ihren Elektronenwellen durch. Ihre ‚Limonadenflasche‘ besteht allerdings aus Silber und ist deutlich kleiner: Schnitte man ein Haar quer durch, so fände die Flasche bequem auf der Querschnittsfläche Platz. Entsprechend fasst die Flasche auch nur ein Volumen von knapp 20 Femtolitern. Die Zeit, in der die Elektronenwellen über die Flasche laufen, ist dafür noch etwa zehntausend Mal kürzer als in dem Experiment vom MIT. Doch dafür sind die Experten für Ultrakurzzeitphysik natürlich ausgerüstet. Das Ergebnis ist ein einzigartiger Film aus einer winzigen Welt.

Warum die Forscher das gemacht haben? „Weil wir es können“, entgegnet Kahl verschmitzt. Einerseits untersucht die Arbeitsgruppe ohnehin die Physik der Ausbreitung solcher Elektronenwellen. „Andererseits“, fügt Meyer zu Heringdorf hinzu, „darf Wissenschaft doch auch mal einfach nur Spaß machen.“

Link zum Film: http://youtu.be/Osx2Q5RhYPw

Bildunterschriften:
Abb. links: Elektronenmikroskopische Aufnahme der strukturierten Silberflasche.
Abb. Mitte: Elektronendichtewellen in der Flasche. Die Wellen wurden gleichzeitig am oberen und unteren Ende der Flasche gestartet.
Abb. rechts: Elektronendichtewelle 50 Femtosekunden später – die Welle ist nun in der Mitte der Flasche angekommen.

Redaktion und weitere Informationen:
Birte Vierjahn, CENIDE, Tel. 0203/379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

Bildhinweis:
Ein Foto zu dieser Pressemitteilung (Bildbeschreibung: Fotoserie von der Silberflasche (Fotonachweis: UDE) ) können Sie herunterladen unter:
"http://www.uni-due.de/imperia/md/images/samples/2013/bilderpressemitteilungen/elektronenpuls_in_der_flasche.jpg"