Licht pulst Elektronenkanone

Eine neue Quelle für extrem kurze Elektronenpulse hat eine deutsch-amerikanische Forschergruppe entwickelt. Dabei handelt es sich um eine hauchfeine Metallspitze, die mit Lichtpulsen zum Aussenden von Elektronen angeregt wird. Je kürzer die Lichtpulse, desto kürzer sind auch die Elektronenblitze.

Beim “Abtasten” eines Nanograbens mit der Spitze treten an dessen Rändern höhere Elektronenströme auf. Bilder: Max-Born-Institut

“Mit diesen Elektronenimpulsen lassen sich ultraschnelle Vorgänge in der Nanowelt direkt sichtbar machen”, erklärt Claus Ropers vom Berliner Max-Born-Institut. Bei ihren Versuchen erzielten der Forscher und seine Kollegen “Belichtungszeiten” von wenigen Femtosekunden (Milliardstel Millionstel Sekunden). Damit ist ihre Elektronenkamera geeignet, die Arbeitsweise von Vorrichtungen im Nanometer-Maßstab oder molekulare Prozesse abzulichten.

Der Physiker und seine Kollegen beleuchteten eine rund 40 Nanometer (Millionstel Millimeter) dünne Goldspitze mit schwachen Lichtpulsen. Die Intensität der Pulse wurde an der Spitze derart verstärkt, dass sie Elektronen aus dem Metall herausreißen konnten. Als Folge sandte die Spitze im Takt der Lichtpulse Elektronen aus.

Dieser Teilchenstrom kann selbst wieder zur “Belichtung” feinster Strukturen genutzt werden. Da seine Intensität empfindlich von der Umgebung der Spitze abhängt, lässt sich die Elektronenquelle aber auch als hochsensibles Tastorgan einsetzen. Im Fachblatt “Physical Review Letters” demonstrieren Ropers und Kollegen diesen Effekt anhand einer 50 Nanometer breiten Furche in einer Metalloberfläche. Indem die Forscher die Spitze quer über diesen Nanograben bewegten, konnten sie an der wechselnden Elektronenausbeute dessen Profil kartieren.

Forschung: Claus Ropers, Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie, Berlin; Daniel R. Solli, Los Angeles Department of Electrical Engineering, University of California, Los Angeles; und andere

Veröffentlichung Physical Review Letters, Vol. 98, Artikel 043907, DOI 10.1103/PhysRevLett.98.043907

WWW:
Max-Born-Institut
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