Ludwig-Maximilians-Universität München
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Laserphysik

Verwandlung im Licht

München, 12.02.2019

LMU-Physiker untersuchen die Wechselwirkung kugelförmiger Kohlenstoffmoleküle mit starkem Infrarotlicht. Mit ihrer Forschung tragen sie zur Entwicklung neuer Anwendungen in ultraschneller Elektronik bei.

Ein infraroter Laserpuls trifft auf ein Kohlenstoff-Makromolekül. Dabei ändert das Molekül seine Form und entlässt ein Elektron in die Umgebung. Die laser-induzierte Beugung dieser Elektronen wird zur Abbildung der Deformation genutzt. (Grafik: Alexander Gelin)

Ein besonders gut erforschtes Kohlenstoffmolekül ist C60, bestehend aus 60 Kohlenstoffatomen, das zu den sogenannten Fullerenen zählt. Ein Team aus Laserphysikern der LMU und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik ließ nun infrarote Femtosekunden Laserpulse auf das Makromolekül reffen (eine Femtosekunde ist ein Millionstel einer Milliardstel Sekunde). Unter dem Einfluss des starken Lichts veränderten die kugelartigen Makromoleküle ihre Form: Sie wurden in die Länge gezogen. Mithilfe eines Tricks gelang es den Physikern unter der Leitung von LMU-Professor Matthias Kling das Phänomen zu beobachten: Der Infrarot-Laserpuls löste bei maximaler Stärke ein Elektron aus dem Molekül aus. Das Elektron wurde im intensiven Laserfeld innerhalb weniger Femtosekunden zunächst vom Molekül weg-, dann wieder in seine Richtung beschleunigt, da es durch das oszillierende elektromagnetische Feld der Lichtwelle noch einmal seine Flugrichtung änderte. Schließlich streute es an dem Molekül und verließ es komplett. Die Bilder dieser so gebeugten Elektronen gaben den Forschern Aufschluss über die im Lichtfeld verzerrte Struktur. Über ihre Ergebnisse berichten sie aktuell im Fachmagazin Physical Review Letters.

Fullerene, deren Entdeckung im Jahr 1996 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurde, sind stabil, biokompatibel und verfügen über bemerkenswerte physikalische, chemische und elektronische Eigenschaften. „Das tiefere Verständnis der Wechselwirkung von Fullerenen mit ultrakurzem, intensivem Licht kann neue Anwendungen in ultraschneller, lichtgesteuerter Elektronik ermöglichen, die um viele Größenordnungen schneller wäre, als herkömmliche Elektronik“, sagt Matthias Kling.

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