Neue Quelle für ultrakurze Elektronenimpulse

Schematische Darstellung (oben); Verteilung der Elektronen

Misst man Nanostrukturen, dann nutzen Forscher häufig leistungsstarke Elektronenmikroskope. Dabei entstehen statische Aufnahmen. Die Funktion von Nanosystemen ist jedoch oft mit Vorgängen verknüpft, die auf einer Längenskala von Nanometern und in extrem kurzen Zeitskalen im Bereich von weniger als einer Pikosekunde ablaufen. Deshalb arbeitet man an Methoden, die solche Vorgänge sichtbar machen können, etwa durch Aufnahme einer Folge von Schnappschüssen. Hierzu eignen sich neben ultrakurzen Lichtblitzen insbesondere Röntgen- und Elektronenimpulse.

Ein Team am Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) in Berlin-Adlershof demonstrierte jetzt eine neue Technik zur Erzeugung ultrakurzer Elektronenimpulse. Dabei wird eine Goldspitze von lediglich 40 nm Durchmesser mit Lichtimpulsen von nur 0,007 ps Dauer beleuchtet. Die Intensität des Lichts wird an der Spitze so stark überhöht, dass das Licht Elektronen aus dem Metall herausschlägt. Diese geladenen Teilchen lassen sich zur Untersuchung von Nanostrukturen verwenden. Die speziellen Bedingungen des Anregungsprozesses führen zu einer extrem kurzen Dauer der Elektronenimpulse von weniger als 0,02 Pikosekunden. Entsprechend kurz hintereinander kann die "Elektronenkamera" Bilder aufnehmen.

Das Potential dieser "punktförmigen" Elektronenquelle für die Abbildung von Nanostrukturen wurde in Experimenten gezeigt, bei denen die beleuchtete Metallspitze - vergleichbar einer Rastersonde in einem Kraftmikroskop - in geringem Abstand über einen 50 nm breiten Nanograben in einer Metallstruktur hinweggeführt wurde. Entlang des Querschnitts des Metallgrabens variiert die Elektronenausbeute auf Grund der unterschiedlichen Erzeugungsbedingungen, woraus direkt das Profil und die elektromagnetische Feldverteilung des Grabens mit Nanometer-Auflösung bestimmt werden können. Auf diese Weise könnten etwa elektronische Bauteile im Nanomaßstab und deren Eigenschaften präzise vermessen werden.

COMPAMED.de; Quelle: Forschungsverbund Berlin e.V.