Ultraschnelles Mikroskop für die Quantenwelt


Bisher konnten Wissenschaftler Vorgänge auf Atomebene entweder in extrem hoher Auflösung oder aber mit hohem Tempo verfolgen – aber nicht beides. Jetzt ist es einem Forscherteam geglückt, zwei gängige Methoden so zu kombinieren, dass sie ein Mikroskop mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung erhalten – quasi eine HD-Kamera für die Quantenwelt. Mit ihr lassen sich unter anderem die Bewegungen von Elektronen bis auf ein Atom genau und im Attosekundenbereich verfolgen – dies entspricht dem Milliardsten Teil einer Milliardstel Sekunde. Das neue Mikroskop bietet nun die Chance, Vorgänge in Molekülen sichtbar zu machen, aber auch, Computerprozessoren weiter zu beschleunigen, wie die Forscher berichten.

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Die Kombination von ultrakurzen Laserpulsen (rot) mit einem Rastertunnelmikroskop macht Quantenprozesse wie ein elektronisches Wellenpaket (farbig) mit atomarer Ortsauflösung sichtbar. (Bild: Christian Hackenberger)

Ob Mikroelektronik, Nanotechnologie oder Biomedizin: Viele für die heutigen Technologien wichtige Prozesse spielen sich im Reich der Atome und Moleküle ab – in Größenbereichen, die für unsere Augen nicht sichtbar sind. Gleichzeitig laufen diese Prozesse meist extrem schnell ab, so dauert der Zerfall eines Moleküls in einer chemischen Reaktion nur kleinste Sekundenbruchteile. Um solche grundlegenden Vorgänge zu verstehen und erforschen zu können, benötigen Wissenschaftler daher Instrumente, die sowohl eine hohe räumliche als auch eine hohe zeitliche Auflösung besitzen. Bisher jedoch erreichten ihre Technologien meist nur in einem der beiden Bereiche die nötige Leistung.

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