Ein Laserpulsgenerator im Labor von Hans Jakob Wörner: Mit solchen Apparaten erzeugen die Forschenden ultrakurze Laserpulse.
Thomas Gaumnitz, Postdoktorand in der Gruppe von ETH-Professor Hans Jakob Wörner, mit der Apparatur, die die kürzesten Laserpulse der Welt erzeugt.
Zürich – Wissenschaftern an der ETH Zürich ist es im Labor gelungen, die Pulsdauer eines Röntgenlasers auf nur 43 Attosekunden zu verkürzen. Damit haben sie einen Weltrekord aufgestellt: Das kürzeste kontrollierte Ereignis, das je von Menschen geschaffen wurde.
Den ETH-Forschern um Hans Jakob Wörner ging es jedoch nicht in erster Linie um den Rekord. Mit der Technik wollen sie Elektronenbewegungen während chemischer Reaktionen beobachten. Ihren Erfolg stellten Wörner und Kollegen nun im Fachblatt "Optics Express" vor.
Hochkomplexe Dynamik
Um die Dynamik während einer chemischen Reaktion vollständig zu verstehen, müssen Wissenschafter in der Lage sein, sämtliche Bewegungen von Atomen und Molekülen auf ihren grundlegenden Zeitskalen zu untersuchen. Moleküle rotieren im Pikosekundenbereich (10-12 s), ihre Atome vibrieren im Femtosekundenbereich (10-15 s) und die Elektronen bewegen sich im Bereich von Attosekunden (10-18 s).
Daher brauchte es den Röntgenlaser, dessen Pulsdauer die ETH-Forschenden auf diese Zeitskala verkürzt haben. Damit lassen sich nun die extrem schnellen Bewegungen von Elektronen verfolgen. Und das nicht nur bei biologisch wichtigen Reaktionen, sondern beispielsweise auch um Ladungsverschiebungen in Solarzellen nachzuvollziehen und diese zu optimieren.
"Chirurgische" Eingriffe in chemische Reaktionen
Über die Beobachtung hinaus ließen sich mit dem extrem kurzen Laserpuls aber auch chemische Reaktionen manipulieren, schreiben die Forscher. So könnten sie beispielsweise Ladungsverschiebungen an einer bestimmten Stelle im Molekül stoppen und damit chemische Bindungen brechen, oder den Verlauf einer Reaktion ändern. Solch "chirurgische" Eingriffe in chemische Reaktionen waren bisher nicht möglich, solange die Zeitskala der Elektronenbewegung noch nicht erreicht war. (APA, red, 31.10.2017)