Zielgenaues Elektronenkatapult

Kugelgröße bestimmt Flugrichtung durch Photoemissionen aus Nanokugeln herausgeschleuderter Elektronen

Die Beziehung zwischen starken Laserpulsen und Glas-Nanoteilchen ist eine ganz spezielle und könnte medizinische Methoden oder die Elektronik verändern, wie Wissenschaftler aus Rostock, München und Berlin herausgefunden haben. Dieses Zusammenspiel aus Licht und Materie untersuchte ein Team von Physikern und Chemikern des Labors für Attosekundenphysik (LAP) am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ), der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), des Instituts für Physik der Universität Rostock und der Freien Universität Berlin.

Die Forscher ließen starke Laserpulse mit Nanoglaskügelchen aus mehreren Millionen Atomen interagieren. Dabei entstand auf der Oberfläche eines solchen Kügelchens innerhalb von Attosekunden (der milliardste Teil einer Milliardstel Sekunde) ein Nahfeld, aus dem durch Photoemission Elektronen herauskatapultiert wurden. Abhängig von der Größe des Kügelchens flogen die Elektronen zielgenau in unterschiedliche Richtungen. Die Forschungsergebnisse könnten langfristig die Methoden bei der Bildgebung in der Medizin und bei der Krebsbekämpfung erweitern. Die Studie wurde jetzt in Nature Communications veröffentlicht.

[note Gerichtete Elektronenbeschleunigung an Glas-Nanokugeln: Ein Femtosekunden-Laserpuls (von links kommend) trifft auf ein Glas-Nanokügelchen. Das Licht schlägt Elektronen (grün) aus dem Atomverbund. Foto © Martin Dulovits/woogieworks]

Wenn starke Lichtpulse auf Nanoteilchen treffen, bleibt in den Atomverbünden nichts, wie es war. Sobald die Atome das elektromagnetische Feld des Lichts „spüren“, fangen ihre Elektronen an zu schwingen: An der Oberfläche der Kügelchen bilden sich sogenannte Nahfelder aus, elektromagnetische Felder mit Abmessungen im Nanometerbereich, die je nach Wellenlänge des eintreffenden Lichts in einer charakteristischen Weise schwingen.

Die LAP-Physiker um Prof. Matthias Kling vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik untersuchten Nanoglaskügelchen aus Siliziumdioxid mit Durchmessern zwischen 50 und 550 Nanometer, die in der Gruppe um Prof. Eckart Rühl an der FU Berlin chemisch hergestellt wurden. Auf die Atomverbünde ließen die Wissenschaftler starke, rund vier Femtosekunden (ein Millionstel einer Milliardstel Sekunde) lange Laserpulse treffen.

Folgt: Lage des Nahfeldes hängt von Kugelgröße ab