Göttingen.Forschern der Universität Göttingen und des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie (MPI) in Göttingen ist es gelungen, Schwingungen von Atomen zur Kontrolle eines Phasenübergangs zu nutzen, teilt sie Pressestelle der Universität mit. Ihre Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Das Ziel, chemische Reaktionen mit kurzen Lichtblitzen zu filmen und zu steuern, liege dem Forschungsfeld der „Femtochemie“ zugrunde, so die Pressestelle. Mit Hilfe mehrerer aufeinanderfolgender Laserpulse sollen atomare Bindungen punktgenau angeregt und nach Wunsch aufgespalten werden. Bisher sei dies nur für ausgewählte Moleküle realisierbar gewesen. Forscher der Universität und des MPI könnten dieses Prinzip jetzt auf einen Festkörper übertragen und dessen Kristallstruktur an der Oberfläche kontrollieren.

Rhythmus der Laserpulse hat großen Einfluss

Das Team um Jan Gerrit Horstmann und Prof. Claus Ropers habe in Experimenten die kalte Oberfläche mit zwei kurzen Laserpulsen beleuchtet und direkt im Anschluss die Anordnung der Indium-Atome mit Hilfe eines Elektronenstrahls beobachtet, heißt es in der Mitteilung. Dabei hätten sie herausgefunden, dass der Rhythmus der Laserpulse einen großen Einfluss darauf habe, wie effizient die Oberfläche in den metallischen Zustand geschaltet werden könne. Dieser Effekt lasse sich durch Schwingungen der Atome an der Oberfläche erklären, so Erstautor Horstmann.

Die Erkenntnisse der Forscher trügen nicht nur zum grundlegenden Verständnis von schnellen Strukturänderungen bei, sondern eröffneten auch weitergehende Perspektiven für die Oberflächenphysik. „Unsere Ergebnisse zeigen neue Strategien auf, um die Umwandlung von Lichtenergie auf der atomaren Skala zu kontrollieren“, zitiert die Pressestelle Ropers, Arbeitsgruppenleiter am IV. Physikalischen Institut der Universität und Direktor am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie. „Das gezielte Steuern der Bewegungen von Atomen in Festkörpern mit Hilfe von Laserpuls-Sequenzen könnte es darüber hinaus ermöglichen, bisher unzugängliche Strukturen mit vollkommen neuen physikalischen und chemischen Eigenschaften zu erreichen.“

Das Projekt wurde von DFG und Forschungsrat gefördert

Die Arbeit sei von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Europäischen Forschungsrat gefördert worden, so die Universität. Die Originalveröffentlichung von Autor J. G. Horstmann (et al) trage den Titel „Coherent control of a surface structural phase transition“.

Hier geht's zum Beitrag in der Fachzeitschrift Nature.

Von Stefan Kirchhoff