Forschung -

Einblicke in die Quantenwelt

Ein neues Verfahren der Mikroskopie erfasst die dynamischen Vorgänge in elektronischen Bauteilen auf ein Atom genau. Vor allem für die Entwicklung von Petahertz-Nanoelektronik und Quantencomputern kann es wichtige Erkenntnisse liefern.

Während ultraschnelle Lichtpulse die Dynamik in einigen der schnellsten Prozesse verdichteter Materie zeigen, macht ein Rastertunnelmikroskop (STM) Momentaufnahmen von Oberflächen auf atomarer Ebene. Forscher des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung haben diese beiden Techniken vereint, um Elektronen mit einer Auflösung von einigen hundert Attosekunden überwachen und steuern zu können.

Dafür stimmten sie die trägerumhüllten, phasenstabilisierten Impulse mit einer Länge von zwei Zyklen auf das STM ab und beobachteten den photonen- und feldgetriebenen Tunnelübergang. Das Ergebnis ist eine Hochgeschwindigkeitskamera, die misst, zu welchem Zeitpunkt sich Elektronen wo befinden. Die Forscher demonstrierten die Leistungsfähigkeit der Technik anhand der Zerfallsdynamik von plasmonischen Anregungen auf der Oberfläche von Goldnanoröhren.

Mit dem Verfahren lassen sich etwa Moleküle untersuchen, in denen ein energiereicher Lichtblitz ein Elektron herauskatapultiert. Die verbleibenden negativen Ladungsträger ordnen sich neu an, und das Molekül geht unter Umständen eine chemische Reaktion mit einem anderen Molekül ein. Außerdem ermöglicht es die Technik Ladungsträger drastisch zu beschleunigen. „In den heutigen Computer schwingen Elektronen mit einer Frequenz von etwa einer Milliarde Hertz“, sagt Klaus Kern, Direktor des Instituts. „Ultrakurze Lichtblitze könnten ihre Frequenz auf eine Billiarde Hertz steigern.“

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