Lichtwellenelektronik an scharfen Metallspitzen

Foto: Ein Laserpuls beleuchtet eine Metallspitze

Die Steuerung von Elektronen durch intensive phasenstabile Lichtpulse von nur einigen Femtosekunden Dauer erlaubt es, physikalische Prozesse auf der Attosekundenskala aufzulösen. Die selbständige Forschungsgruppe Ultraschnelle Quantenoptik von Doktor Peter Hommelhoff hat diese Methode jetzt auf Festkörperoberflächen angewandt, genauer gesagt, auf extrem scharfe Metallspitzen.

Dabei konnten die Wissenschaftler zeigen, dass bereits vergleichsweise kleine Laserintensitäten ausreichen, um die Elektronenemission mit der Phase der Lichtschwingung stark zu beeinflussen und zu steuern.

Kernstück des Experiments ist eine Wolframspitze, die mit kurzen Laserpulsen von nur einigen Femtosekunden Dauer bestrahlt wird. Ist der Laserpuls intensiv genug, können die Elektronen in der Spitze so viel Energie aus dem Lichtfeld aufnehmen, dass sie aus dem Metall austreten und auf einem Detektor vor der Spitze nachgewiesen werden können.

Da die Spitze mit einem Krümmungsradius von zehn Nanometern extrem scharf ist, verstärkt sich hier die Intensität des Laserlichts um ein Vielfaches, sodass vergleichsweise schwache Laserpulse ausreichen, um Elektronen aus dem Metall zu lösen.

Erstmals ist es den Physikern damit gelungen, die Bewegung von Elektronen, die durch das Feld eines Femtosekunden-Lichtpulses aus einem Festkörper emittiert werden, gezielt zu lenken. Die dafür benötigte Intensität des Laserlichts ist weit geringer als bei vergleichbaren Experimenten mit Elektronen in atomaren Gasen.

Die Forscher sehen in der neuen Methode zum einen ein wichtiges Werkzeug, um fundamentale Erkenntnisse über die Dynamik der Elektronen an Festkörperoberflächen zu gewinnen. Ebenfalls denkbar ist die Entwicklung von optischen Feldeffekt-Transistoren, bei denen ein elektrischer Strom durch das Lichtfeld mit Attosekundenpräzision ein- und ausgeschaltet werden kann.


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