Sie sind hier: HomeThemenSmart EnergySonstige

Attosekunden-Experiment: Elektronenwellenfunktion erstmals komplett gemessen & beschrieben

Physikern aus Japan, Canada und des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) in Berlin ist es gelungen, die Wellenfunktion eines ionisierten Elektrons komplett zu messen und mathematisch zu beschreiben.

Wellenfunktion Bildquelle: © NRC Ottawa

Künstlerische Darstellung des Experiments, in dem Laserfelder mit in Atomen zirkulierenden Elektronen interagieren. Das Ergebnis ist der Nachweis der Form einer elektronischen Wellenfunktion mit einer sechsfachen Symmetrie

Elektronen sind Träger der Elektrizität, von Sonnenlicht ionisiert lösen sie sich z.B. aus dem Silizium der Solarzellen und setzen hierdurch einen Stromfluss in Gang. Ultraschnelle Laser-Blitze einsetzende Experimente bieten neue Einblicke in die Struktur und Dynamik von Materie, Molekülen, kondensierten Phasen und Elektronen. Forschern der Waseda-Universität in Japan, des National Research Council in Kanada und des Berliner MBI konnten dadurch jetzt in bislang einmaliger Perfektion die Wellenfunktion eines ionisierten Elektrons komplett messen und mathematisch beschreiben.

Eine Atto- oder Trillionstelsekunde (10-18) verhält sich zu einer Sekunde, wie eine Sekunde zum Alter des Universums. Durch Lichtimpulse solch ultrakurzer »Längen« kann der Zustand von Materie verändert werden. Elektronen werden durch sie angeregt, weisen anschließend ein höheres Energieniveau auf und treten in ein neues Orbital ein. Dabei lassen sich verschiedene Anregungszustände – und Orbitale – des Elektrons exakt beschreiben, wobei die Quantenzahlen für die Energie, den Bahndrehimpuls und den Eigendrehimpuls genutzt werden.

Ionisiertes Elektron Bildquelle: © MBI Berlin

Wellenfunktion eines ionisierten Elektrons

Es ist sogar möglich durch einen Attosekundenpuls, der auf ein Atom übertragen wird, Elektronen zu ionisieren, wobei sie das Atom verlassen und z.B. zu einem Detektor fliegen.

In dem Experiment des Forscherteams gelang es, die Quantenzahlen eines freigesetzten Elektrons, respektive seine Wellenfunktion, komplett zu messen und mathematisch zu beschreiben, weshalb man das Experiment »perfektes Attosekunden-Experiment« taufte.

»Die Attosekunden-Forschung ist noch sehr jung«, erklärt Prof. Dr. Marc Vrakking, Direktor am MBI und Mitautor der Publikation. »Erst durch die modernste Laser-Forschung haben wir die Möglichkeit, solche neuartigen Experimente mit ultrakurzen Lichtimpulsen durchzuführen und so umfassend die hierdurch verursachten Veränderungen in der Materie zu messen. Unsere Ergebnisse liefern einen wichtigen Beitrag für die Grundlagenforschung zur Quantenphysik.«

Die Forschungsergebnisse sind in Science veröffentlicht.