Laserwelle steuert Elektronen

Ein Team um Dr. Matthias Kling hat am Max-Planck-Institut für Quantenoptik den Einfluss von linear polarisierten, 5 Femtosekunden langen Laserpulsen auf das Auseinanderbrechen von positiv geladenen Deuterium-Ionen (D2+) untersucht. Die Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift Science.

Die aus kommerziell erhältlichem D2 durch Laser-Ionisation erzeugten D2+-Ionen sind einfach aufgebaut: Sie enthalten zwei positiv geladene Kerne und ein Elektron. Mit einem "Sensitive Imaging"-Detektor - einer Art Kamera - bestimmten die Wissenschaftler die Richtung, unter der die Molekülfragmente - ein Deuterium-Atom sowie ein positiv geladenes Deuterium-Ion - nach der Dissoziation ausgesendet wurden.

 
 
Grafik des Zerfalls eines Deuterium-Moleküls
Dissoziation eines Deuterium-Moleküls: Es zerfällt in ein D+-Ion und ein neutrales D-Atom; © AMOLF/MPQ
 
 


Solange sie Laserpulse ohne Phasenstabilisation verwendeten, war die Emissionsrichtung symmetrisch in Bezug auf die Polarisationsachse. Die Anwendung von Lichtpulsen, bei denen die Phase des elektrischen Lichtfeldes genau festgelegt war, führte dagegen dazu, dass die Bruchstücke - je nach Lage der gewählten Phase - bevorzugt in eine bestimmte Richtung flogen.

Tatsächlich konnte die Emissionsrichtung über die Wahl der Phase gezielt gesteuert werden. Wurde die Phase so justiert, dass die Ionen nach rechts flogen, so bewirkte eine Phasenverschiebung um 180 Grad eine Umkehrung der Emissionsrichtung, das heißt die Ionen flogen nach links. Quantenmechanische Rechnungen können das Phänomen erklären.

Elektronentransferprozesse spielen in der Chemie und Biologie eine außerordentlich wichtige Rolle. Schneller Elektronentransfer kann sowohl zur Schädigung als auch zur Reparatur von DNA-Basen-Paaren führen. Die hier für die Dissoziation von D2-Molekülen erhaltenen Resultate könnten einen Weg aufzeigen, wie sich solche Vorgänge auch in großen Biomolekülen durch elektrische Lichtfelder steuern lassen. Die Möglichkeit, den Ladungstransport gezielt durch einzelne Moleküle zu lenken, könnte auch zu einer weiteren Miniaturisierung von Bauelementen der molekularen Elektronik führen.

COMPAMED.de; Quelle: Max-Planck-Institut für Quantenoptik