Olga Smirnova erhält den Karl-Scheel-Preis 2010 Der Geheime Regierungsrat Dr. Ing. h.c. Karl Scheel (1866-1936) war ein Berliner Physiker. Von 1913 bis 1931 war er Leiter der physikalisch-technischen Abteilung der Physikalisch Technischen Reichsanstalt (heute PTB). Er war Herausgeber verschiedener Publikationen, darunter „Landolf-Börnstein: Physikalisch-Chemische Tabellen“ (mit Walther Roth), Handbuch der Physik“ (mit Geiger) und „Physikalisches Handwörterbuch“ (mit Berliner). Aus seiner Hinterlassenschaft an die Physikalische Gesellschaft zu Berlin wird u.a. der jährliche Karl-Scheel-Preis im Rahmen einer Gedächtnisfeier vergeben. Die 1845 gegründete Physikalische Gesellschaft zu Berlin (PGzB) ist einer der ältesten wissenschaftlichen Vereine in Deutschland. Sie war zusammen mit anderen regionalen Gesellschaften Vorgängerin der 1963 gegründeten Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und ist heute einer deren Regionalverbände. |
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Moleküle in Echtzeit – wie Wasserstoffbrücken Struktur und Funktion bestimmen5. Januar 2010 Thomas Elsässer ist einer der international führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet der Erforschung ultraschneller Prozesse in kondensierter Materie. Sein Projekt dient der Aufklärung molekularer Strukturänderungen auf der Längenskala einer chemischen Bindung und auf der ultrakurzen Zeitskala molekularer Bewegungen. Es schlägt damit eine Brücke zwischen Physik, Chemie und Biologie. Die „ERC Advanced Grants“ werden für herausragende Forschungsprojekte renommierter Wissenschaftler aus ganz Europa vergeben und sind heiß begehrt. Wasserstoffbrücken sind als schwache chemische Bindungen eine der fundamentalen
Wechselwirkungen in der Natur. Sie bestimmen einerseits die Struktur biologischer
Moleküle, etwa der Desoxyribonukleinsäure (DNS), des Trägers
der genetischen Information in der Zelle. Andererseits unterliegen Wasserstoffbrücken
auf Grund ihrer geringen Bindungsstärke Fluktuationen, die beispielsweise
in Wasser zu extrem schnellen Veränderungen in der Anordnung der Wassermoleküle
führen. Dabei werden Wasserstoffbrücken immer wieder gebrochen und
neu geformt. Trotz intensiver Forschung ist die strukturelle Dynamik von Wasserstoffbrücken,
die wesentlich im Femtosekundenbereich abläuft (1 Femtosekunde = 10-15 s = 1 Millionstel einer Milliardstel Sekunde), erst in Ansätzen bekannt. Informationen zur Person Thomas Elsässer sind unter http://staff.mbi-berlin.de/elsasser/ zu finden. |
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| Highlights im Jahr 2009 | ||
Lichtdruck – der Weg zur effizienten Ionenbschleunigung mit Lasern9th December 2009
Die gerichtete Beschleunigung der Ionen mit Lasern ist eine der gegenwärtigen Herausforderungen auf dem Gebiet der Licht-Materie Wechselwirkung.
Dieser Prozess kann durch eine Reihe laser-induzierter Phänomene im Plasma, jedoch gezielt durch den Übertrag des gerichteten Impulses
des Laserfeldes, dem sogenannten Lichtdruck, realisiert werden. |
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Kohlensäure erstmals gemessen in flüssigem WasserKohlensäure, die hydratierte Form von Kohlendioxid, ist eins der meist allgegenwärtigen Moleküle auf der Erde. Kohlensäure (H2CO3), hat man allerdings bisher nur isoliert in der Gasphase und eingefroren in Eismatrizen gemessen. Adamczyk et al. beschreiben in einer Veröffentlichung in Science Express (12. November 2009) wie Kohlensäure mit Photosäuren transient generiert und mit ultraschneller Schwingungsspektroskopie detektiert werden kann . Mehr Information: siehe Pressemitteilung (auf deutsch) und Glanzpunkt und detaillierte Projektseiten. |
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Rekordbeschleunigung für neutrale Teilchen
Die bisher größte Beschleunigung von neutralen Teilchen im Labor konnten Laserphysiker des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und
Kurzzeitspektroskopie (MBI) erzielen. Sie berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von
Nature.
Der renommierten Wissenschaftszeitschrift waren
diese Ergebnisse sogar die Titelgeschichte wert. |
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Teilchenbeschleuniger im Miniaturformat: Mikro-Wassertröpfchen als Quelle für Laser-IonenbeschleunigungIn der kürzlich veröffentlichen Ausgabe von Physical Review Letters (Vol. 103 Issue 13) wurde eine Veröffentlichung des Max-Born-Institutes für das Titelbild ausgewählt. In dieser Publikation (T.Sokollik et al., PRL 103, 135003 (2009)) wurde erstmals die Protonenbeschleunigung an sphärischen isolierten Targtes mit Hilfe von "Protonen Imaging" untersucht. Schon in einer früheren Arbeit (S. Ter Avetisyan et al. PRL 2006) fanden Forscher des MBI heraus, dass durch die Interaktion eines intensiven Laserpulses mit Mikro-Wassertropfen, quasi-monoenergetische Protonen erzeugt werden können. Simulationen zeigten eine räumlich, asymmetrische Feldstruktur, die eine gerichtete Ionen Emission zur Folge hat. Dies konnte nun mit Hilfe des "Protonen Imaging" an Mikro-Wassertropfen nachgewiesen werden. Ein Vorteil dieses Target Systems ist die die hohe Wiederholrate mit denen die Wassertropfen erzeugt werden können (MHz). Es zeigte sich aber auch, dass das verdampfende Wasser im Vakuum einige Nachteile mit sich bringt. So beeinflusst das dadurch entstehende, umgebende Plasma den Energietransfer zwischen Laserpuls und Ionen negativ. Dies zu verhindern und weitere fundamentale Mechanismen an isolierten Targets zu erforschen ist Gegenstand aktueller Untersuchungen. |
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Attosekundenkino für ElektronenlöcherForscher können erstmals "live" verfolgen, wie sich die elektronischen Zustände im Inneren eines Moleküls verändern,
das durch ein starkes Laserfeld ionisiert wird. Beim Ionisieren tritt ein Elektron aus dem Molekül aus und im zurückbleibenden Ion
müssen sich die elektronischen Zustände neu ordnen. Dies passiert in unvorstellbar kurzen Zeitskalen den Attosekunden.
Forscher um Dr. Olga Smirnova vom Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie und vom National Research Council
of Canada konnten diese Vorgänge mit Hilfe der so genannten "High Harmonic Generation Spectroscopy" aufzeichnen.
Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der aktuellen Ausgabe von Nature (22.07.2009)
doi:10.1038/nature08253. |
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Multispot Schreiben in geschmolzenem QuarzNature photonics hat eine der jüngsten Publikationen aus der laufenden Zusammenarbeit des MBI mit der Université Jean Monnet at Saint Etienne, France, als eines ihres Research Highlights ausgewählt. Wir zitieren aus "Multispot writing in fused glass”, Opt. Express 17, 3531–3542 (2009). Aufgrund ihres stark deterministischen und nichtlinearen Absorptionsprozesses bietet das Laser-Schreiben mit Infrarot-Femtosekundenlasern die Möglichkeit zur Erzeugung eingebetteter, lokalisierter struktureller Änderungen in transparenten Materialien. Durch Verschieben der Probe bezüglich des Laserfokus, können dreidimensionale Strukturen eingeschrieben werden. Jedoch erfordert die Fertigung komplexer Strukturen oft eine lange Bearbeitungszeit. Wie C. Mauclair und seine Mitarbeiter aus Frankreich und Deutschland gezeigt haben, kann das Geschwindigkeitsproblem durch parallele Bearbeitung unter Nutzung multipler Laserspots mit einstellbarem Muster gelöst werden. Der Trick besteht in der Nutzung einer periodischen binären Phasenmaske um die Wellenfront des Laserstrahls räumlich zu modulieren. Durch Variation der Periode der binären Phase konnte das Team zeigen, dass durch eine einfache Gitterphasenmaske eine dynamische Doppelspotbearbeitung erreichbar ist. Es wurde ein Flüssigkristallmodulator benutzt, der optisch angesteuert wurde, um eine binäre Phasenmaske zu erzeugen. Zur Bearbeitung wurde ein Ti:Sa-Laser mit einer Pulsdauer von 150 fs, einer Wellenlänge von 800 nm, der Folgefrequenz von 10 kHz und einer Leistung von 30 mW genutzt. Durch Kontrolle der Probenbewegung konnte das Team erfolgreich dreidimensionale Wellenleiterstrukturen wie Teiler und Wellenlängendemultiplexer in geschmolzenem Quarz einschreiben. Die Mitarbeiter des Teams sind zuversichtlich, dass mit genügend Energie die Anzahl der bearbeitenden Foki erhöht werden kann. |
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Heiße Elektronen in Kohlenstoff - Graphit verhält sich wie ein Halbleiter
Wissenschaftler des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie in Berlin, Markus Breusing, Claus Ropers und
Thomas Elsässer, haben jetzt das Verhalten von Elektronen in dünnen kristallinen Graphitschichten in Echtzeit untersucht.
Wie sie in der Zeitschrift Physical Review Letters (Band 102, Ausgabe 08, 086809/1-4, 2009) berichten, zeichneten sie die Bewegungen
der Elektronen mit einer bisher unerreichten Zeitauflösung von 10 Femtosekunden (eine Femtosekunde ist das Millionstel
einer Milliardstel Sekunde) auf. Dazu regten sie Elektronen mit ultrakurzen Laserimpulsen in Zustände hoher Energie an und
beobachteten ihre Rückkehr zum Gleichgewicht. Einzelne Schritte dieses Ablaufs lassen sich zeitlich trennen und so die momentane
Verteilung der Elektronen auf verschiedene Zustände bestimmen. Innerhalb von 30 Femtosekunden bilden die Elektronen ein
heißes Gas mit einer extrem hohen Temperatur von 2500 °C aus, das im Kristall innerhalb von nur 500 Femtosekunden auf
etwa 200 °C abkühlt. Die dabei freiwerdende Energie wird an das Kristallgitter übertragen. Danach kehren die Elektronen
auf einer deutlich langsameren Zeitskala in ihre ursprünglichen Zustände zurück. Diese Untersuchungen zeigen erstmals eindeutig,
dass sich Graphit auf ultrakurzen Zeitskalen wie ein Halbleiter, also etwa wie Silizium oder Galliumarsenid, und nicht wie ein Metall verhält. |
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Ionisationsdynamik im Licht von elliptisch polarisierten Femtosekunden-Laserimpulsen
Wissenschaftler des MBI (I.V. Hertel, I. Shchatsinin, T. Laarmann, N. Zhavoronkov, H.-H. Ritze, and C. P. Schulz) haben jetzt gezeigt,
dass man mit elliptisch polarisierten, ultrakurzen Lichtimpulsen einen sehr klaren Einblick in die Dynamik von Ionisationsprozessen
in intensiven Laserfeldern gewinnen kann. So konnten Sie am Fußballmolekül C60 (Buckminsterfulleren) nachweisen, dass zur Ablösung
eines oder mehrerer Elektronen aus dem Molekül zunächst ein sogenannter "Tor-Zustand" angeregt wird. In der Folge wird dann das
Molekül durch das Laserfeld so stark deformiert, dass sich viele weitere Elektronen an diesem Prozess beteiligen und einige davon
schließlich das Molekül verlassen können – auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden. |
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