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Einsteins Gedanken weitergeführt

Nachweis für Plasmo-Emission gelungen

Einsteins Gedanken weitergeführt

[09.11.2017]

Bestrahlt man eine Oberfläche mit Licht ausreichend hoher Energie, so werden Elektronen freigesetzt. Das ist die grobe Erklärung des Photoelektrischen Effekts, für dessen – zugegeben detailliertere – Beschreibung Albert Einstein 1921 den Nobelpreis erhielt. Physiker der Universität Duisburg-Essen (UDE) in Kooperation mit den Universitäten Stuttgart und Melbourne (Australien) haben nun bewiesen, dass dieser Effekt auch durch Elektronenwellen ausgelöst werden kann. Dafür prägten sie den neuen Begriff „Plasmo-Emission“.

Ein Plasmon ist eine Elektronenwelle, die sich auf einer Oberfläche fast mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Physiker Daniel Podbiel, damals Masterstudent in der Arbeitsgruppe von Professor Frank Meyer zu Heringdorf, hat mit einem ultrakurzen Laserpuls gleich zwei dieser Elektronenwellen gestartet und von den gegenüberliegenden Seiten einer Goldoberfläche aufeinander zulaufen lassen. Wie bei Wellen in Wasser treffen sich die Elektronenwellen in der Mitte und addieren sich dort zu besonders hohen Bergen und tiefen Tälern.

Dieses Interferenzfeld haben die Wissenschaftler mittels Elektronenmikroskop genauestens analysiert. Dabei stellten sie fest, dass Elektronen durch drei verschiedene Ereignisse freigesetzt werden können: durch Licht allein, nur durch Plasmonen oder durch eine Kombination aus beidem.

„Unsere Analysetechnik kann Ereignisse im räumlichen Abstand von wenigen Nanometern unterscheiden“, erklärt Podbiel. „Parallel kann sie zeitliche Unterschiede von unter einer Femtosekunde erkennen, das ist weniger als eine billiardstel Sekunde.“ So konnten die Wissenschaftler die auslösenden Faktoren für austretende Elektronen klar unterscheiden – und die rein Plasmonen-vermittelte Emission beweisen. Außerdem konnten sie zeigen, dass bis zu fünf Plasmonen an der Freisetzung eines Elektrons beteiligt waren: Je größer die Anzahl der auslösenden Plasmonen, desto höher die Energie des austretenden Elektrons.

„Die räumliche Verteilung der herausgelösten Elektronen hat uns überrascht“, so Podbiel. „Wir haben festgestellt, dass wir die theoretische Beschreibung dieses Effekts neu überdenken müssen.“ Den ersten Schritt dazu haben die Wissenschaftler aus dem Sonderforschungsbereich 1242 „Nichtgleichgewichtsdynamik kondensierter Materie in der Zeitdomäne" bereits getan und ihre Ergebnisse im Fachmagazin „Nano Letters“ veröffentlicht.

 

Bildbeschreibung: Künstlerische Darstellung von Elektronen (weiße Sterne), die durch Plasmonen (rote Wellen) aus der Oberfläche freigesetzt werden.
Originalbild zum Download.

Originalpublikation: D. Podbiel, P. Kahl, A. Makris, B. Frank, S. Sindermann, T.J. Davis, H. Giessen, M. Horn-von Hoegen, and F.-J. Meyer zu Heringdorf:Imaging the Nonlinear Plasmoemission Dynamics of Electrons from Strong Plasmonic Fields“, Nano Letters 17 (11), pp 6569-6574 (2017)
DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b02235

Weitere Informationen: Prof. Dr. Frank Meyer zu Heringdorf, 0203 379-1465, meyerzh@uni-due.de

Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de