Attosekunden-Messung an Elektronen im Wasser
Neues ETHZ-Verfahren dient genauerer Erforschung von Wasser sowie schnellerer Elektronik
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Experimentelle Skizze: Attosekunden-Messung an Elektronen in Wasser-Clustern (Foto: ethz.ch) |
Zürich (pte015/19.07.2022/13:55)
Forscher der ETH Zürich https://ethz.ch haben eine Methode entwickelt, mit der sich nur wenige Attosekunden dauernde Elektronenbewegungen in Wasser-Clustern zeitlich auflösen lassen. Die Technik kann sowohl zur genaueren Erforschung von Wasser als auch für schnellere Elektronik benutzt werden, heißt es. Details wurden in "Nature" publiziert.
Extrem-UV-Laser genutzt
Die Experten haben untersucht, wie Wasser-Cluster durch einen kurzen Laserpuls im extremen UV-Bereich ionisiert werden. Dazu werden zunächst Cluster erzeugt, indem Wasserdampf unter hohem Druck durch eine winzige Düse gepresst wird. Die extrem-ultravioletten Photonen des Laserpulses sorgen dann mit ihrer Energie dafür, dass eines der Elektronen im Cluster herausgelöst wird. Es entsteht eine Fehlstelle, ein "Loch".
Das Elektron wird allerdings nach dem Auftreffen des Pulses nicht augenblicklich, sondern mit einer kleinen Zeitverzögerung herausgelöst. Wie groß die Verzögerung ist, hängt davon ab, wie sich das Elektronenloch über die Moleküle des Clusters verteilt. Konkret dauert die Verzögerung nur einige Attosekunden, also einige Milliardstel einer Milliardstel Sekunde.
Aufspaltung in zwei Teile
Um die extrem kurzen Zeitspannen von wenigen Attosekunden messen zu können, haben die Fachleute einen sehr intensiven Infrarotlaserpuls in zwei Teile aufgespaltet, von denen ein Teil durch Frequenzvervielfachung in einem Edelgas ins Extrem-Ultraviolette konvertiert wurde. Die beiden Pulse überlagerten sie und zielten mit ihnen auf die Wasser-Cluster.
Der Infrarot-Laserpuls veränderte die Energie der Elektronen, die durch den UV-Laserpuls herausgelöst wurden. Die Schwingungsphase des Infrarot-Laserpulses konnte dabei mithilfe eines Interferometers sehr genau eingestellt werden. Je nach Schwingungsphase änderte sich die Zahl der Ionisierungsvorgänge, die mittels Detektoren gemessen wurde. Aus diesen Messungen wiederum konnten die Forscher schließlich die Zeitverzögerung bei der Ionisierung direkt ablesen.
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