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News: Heliumstrahl mit Gefühl

Wissenschaftler möchten die Dinge, die sie herstellen, auch sehen können. Doch was bei manchen Neuentwicklungen ohne weiteres möglich ist, stellt für andere ein Problem dar. Zum Beispiel dann, wenn es um atomare Bereiche geht. Nun konnten Forscher erstmals einen intensiven, nadelfeinen Strahl aus Heliumatomen erzeugen, mit dem es möglich sein könnte, Oberflächen abzutasten, ohne sie zu zerstören. Damit wären die Wissenschaftler einem extrem empfindlichen Mikroskop, das weder mit Licht noch mit Elektronen arbeitet, einen Schritt näher gekommen.
Atome verhalten sich, genauso wie Licht, mal als Welle und mal als Teilchen. Allerdings haben "Atomwellen" deutlich kürzere Wellenlängen als optische Wellen, und auf Mikroskope übertragen ist das gleichbedeutend mit einer höheren Auflösung. Diesen Vorteil haben zwar auch Röntgen- oder Elektronenstrahlen, doch die hochenergetische Strahlung zerstört viele Materialien und Verbindungen bei der Betrachtung. Ein Strahl aus Heliumatomen würde eine Probe nicht verändern, da er mit deutlich weniger Energie auf deren Oberfläche auftrifft, erklärt Peter Toennies vom Max-Planck-Institut für Strömungsforschung in Göttingen.

Der Heliumstrahl, den Toennies und seine Kollegen erzeugten, hatte eine Geschwindigkeit von einem Kilometer pro Sekunde. Um diesen Strahl zu erhalten, ließen sie die Heliumatome eine trichterförmig ausgezogene Mikropipette aus Glas passieren, die an ihrer Spitze einen Durchmesser von einem Mikrometer hatte. Anschließend leiteten die Wissenschaftler den Strahl durch eine "Linse". Diese war einen halben Millimeter breit und bestand aus mehreren konzentrischen Ringen, an denen die Atomwellen interferierten. Daraus resultierte ein Strahl von nur zwei Mikrometern Breite, also zehnmal schmaler und 100 Millionen Mal heller als in früheren Versuchen mit Atomwellen (Physical Review Letters vom 22. November 1999).

Sehr wichtig für spätere Atom-Mikroskope ist, daß sich die Heliumatome alle in ihrem niedrigsten Energiezustand befanden. Denn Atome mit niedriger Energie werden stärker an Oberflächen gestreut als solche mit hoher Energie.

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