Arbeitsgruppe MPI für Quantenoptik
Vor mehr als 130 Jahren konnte eine Kamera zeigen, dass ein galoppierendes Pferd fliegen kann, weil es sich zeitweise mit allen vier Hufen gleichzeitig in der Luft befindet. Diese Kamera konnte ein scharfes Standbild von einem sich schnell bewegenden Objekt erzeugen (siehe Bild 1). Dafür muss die Belichtungszeit des Filmes kurz sein im Vergleich zur Zeitdauer der Positionsveränderung (den aufzulösenden Bewegungen), weil das Objekt sonst durch die Bewegung verwischt.
Die galoppierenden Pferde unseres Experiments sind Moleküle, die ihre Struktur in so kurzer Zeit verändern können, dass der Übergang bisher nur gänzlich verschwommen abgebildet worden war. Lediglich der Anfangs- und der Endzustand sind bekannt, nicht aber die Zwischenstufen. Gerade der Entwicklungsweg wäre aber für ein besseres Verständnis und die potentielle Optimierung von Vorgängen höchst interessant.
Mit Hilfe der im Exzellenzcluster Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP) entwickelten Laser-Blitzlichtquellen (in Form von Röntgenphotonen- oder Elektronenpulsen) hoffen die Physiker scharfe Standbilder der schnellsten Strukturwandel aufnehmen zu können. Ziel ist es, ein einzelnes Molekül, frei von Störungen durch eine umgebende Herde, bei seinem Wandeln wiederholbar zu beobachten.
Ein hervorragendes Instrument für diese Beobachtungen ist eine Ionenfalle, in der elektrische Felder die geladenen Atome an Ort und Stelle halten. Mit Hilfe von Laserstrahlungen wird ihnen soviel Bewegungsenergie entzogen, dass sie in einem Kristallgitter ausfrieren, in der jede Position durch ein Ion belegt ist. Laser regen diese Ionen zum Leuchten an, damit ist ihre Position genauestens bekannt. Führt man nun einem solchen Ionenkristall andere Ionen (zum Beispiel Molekül-Ionen) zu, so werden diese durch das Kältebad des Kristalls mitfühlend gekühlt und belegen letztendlich ebenfalls Gitterplätze. Da sie nicht leuchten und als Fehlstellen im Kristall auftreten, ist auch ihre Position bekannt (siehe Bild 2). Mit Hilfe zusätzlicher elektromagnetischer Felder versuchen wir in einer Kollaboration innerhalb des MAP-Exzellenz Clusters, einzelne Molekülionen aus diesem kalten Reservoir abzutrennen und sie auszurichten, so dass sie als Einzelmoleküle für die oben genannten Experimente dienen.
Ein so genannter Pump-Puls startet den Strukturwandel. Nach einer genau definierten Zeitspanne folgt ein Belichtungspuls, der dann den bis zu diesem Zeitpunkt erfolgten Wandel abbildet. Durch eine sukzessive Veränderung der Zeitspanne zwischen Pump- und Belichtungspuls entsteht ein Film des molekularen Übergangs.
Letzte Änderung: 11.08.2009, 11.35