Direktor: Prof. Dr. Ferenc Krausz

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Wie können wir elektrische Ströme in immer kleineren und schnelleren Schaltkreisen kontrollieren, um leistungsfähigere Computer und Telekommunikationssysteme zu entwickeln? Wie wird die Struktur von Molekülen durch die Anregung ihrer Elektronen beeinflusst? Kann sie durch die Steuerung der Elektronen, welche die chemische Bindung vermitteln, verändert werden? Welche Vorgänge führen zu Strahlenschäden in biologischen Systemen? Können Strahlenschäden minimiert werden, um die Abbildung biologischer Systeme zu verbessern, oder kann ihre Selektivität maximiert werden, um Strahlentherapien effektiver zu gestalten? Dies sind einige der vielen großen Fragestellungen des 21. Jahrhunderts, die nicht beantwortet werden können, ohne die mikroskopische Bewegung von Elektronen besser zu verstehen und zu steuern.

 

Die Forschung im gemeinsamen Labor für Attosekundenphysik (LAP) von LMU und MPQ zielt darauf, die Grundwerkzeuge für die Echtzeit-Beobachtung und die Steuerung der Elektronenbewegung – sowohl der individuellen als auch der kollektiven – in allen Arten von Materie, d.h. Atomen, Molekülen und Plasmen, Festkörpern und Oberflächen, auf atomarer Skala zu entwickeln. Ein Schlüsselinstrument dabei sind kurze Lichtpulse mit kontrollierter Wellenform, die eine extrem schnell wechselnde Kraft auf die Elektronen ausüben. Eine besonders beeindruckende Auswirkung dieser Kraft war die Erzeugung und die Messung von ultraviolettem Licht für die Dauer von einigen hundert Attosekunden. Dabei handelt es sich um die kürzesten Ereignisse, die jemals erzeugt und gemessen wurden. Dieser Fortschritt in der „Fotografie“ führte zu den ersten „Standbild“-Aufnahmen von elektronischen Übergängen.

 

Im Mittelpunkt der LAP-Forschung steht die Entwicklung der Attosekunden-Technologie zu immer kürzeren Wellenlängen, d.h. zu immer höheren Photonenenergien. Die Motivation dafür ist das ultimative Ziel, die transiente elektronische Struktur von Materie zeitlich auf Attosekunden-Skala und räumlich auf Pikometer-Skala aufzulösen. Ein weiteres Ziel besteht darin, Elektronen mit Licht auf atomarer Skala mit immer höherer Genauigkeit und Kontrolle zu steuern. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, Elektronik und alle damit verbundenen Technologien bis an die ultimativen Grenzen weiter zu entwickeln. Die Beschleunigung von Elektronen auf relativistische Energien und die Steuerung ihrer Bewegung mit Licht höchster Intensität wird den Weg zu kompakten ultrabrillanten Teilchen und Röntgenquellen ebnen, die sowohl die strukturelle Biologie als auch Krebsdiagnose und -therapie revolutionieren könnten.

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