Es gibt noch viele R\u00e4tsel in der Welt der Quantentechnologie. Um zu verstehen, was auf der Ebene der kleinsten Teilchen vor sich geht, w\u00e4re es wichtig, wenn man nachvollziehen k\u00f6nnte, wie die Prozesse ablaufen. Die Wissenschaftler Manish Garg und Klaus Kern haben dies nun m\u00f6glich gemacht. Sie haben ein Mikroskop entwickelt, mit dem man die extrem schnellen Vorg\u00e4nge in der Quantenwelt filmen kann. Und das in HD-Qualit\u00e4t.<\/p>\n
Diese Kamera f\u00fcr die Quantenwelt erm\u00f6glicht es, die Bewegungen der Elektronen bis zur Ebene des Atoms zu verfolgen. Die Wissenschaftler erwarten dadurch neue Erkenntnisse, die zur Entwicklung extrem schneller und extrem kleiner elektronischer Bauteile f\u00fchren k\u00f6nnen. Das Senden von Informationen \u00fcber Glasfaser k\u00f6nnte bis zu einer Million Mal schneller werden.<\/p>\n
Die Prozesse in der Quantenwelt sind selbst f\u00fcr die scharfsinnigsten Physiker komplex. Was zum Beispiel in den immer leistungsf\u00e4higeren Komponenten von Computern oder Smartphones passiert, geschieht nicht nur extrem schnell, sondern auch auf immer kleinerem Raum. Um diese Prozesse zu analysieren und zum Beispiel Transistoren zu optimieren, k\u00f6nnten Aufzeichnungen \u00fcber das Verhalten von Elektronen neue Erkenntnisse liefern.<\/p>\n
Dazu ben\u00f6tigt man eine Hochgeschwindigkeitskamera, die jedes einzelne Bild eines solchen Elektronenfilms f\u00fcr nur wenige hundert Attosekunden belichtet. Eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer Milliardstelsekunde. Das ist genau die Zeit, die das Licht braucht, um durch ein Wassermolek\u00fcl zu gelangen. Entsprechend kurze Laserpulse werden von den Physikern seit einigen Jahren als Attosekundenkamera eingesetzt. Eine weitere Technik zur Aufnahme von Fotos auf atomarer Ebene ist die Rastertunnelmikroskopie.<\/p>\n
Bis jetzt haben Attosekunden-Aufnahmen jedoch nur eine Momentaufnahme eines Elektrons vor einem verschwommenen Hintergrund geliefert. Dank der Arbeit von Klaus Kern, Direktor des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Festk\u00f6rperforschung<\/a>, und Manish Garg, einem Wissenschaftler seiner Abteilung, k\u00f6nnen die Forscher nun genau sehen, wo sich das gefilmte Elektron befindet, sogar innerhalb eines Atoms.<\/p>\n “Durch die Kombination eines Rastertunnelmikroskops mit ultraschnellen Laserpulsen haben wir die Vorteile beider Methoden genutzt, um ihre jeweiligen Nachteile auszugleichen”, sagt Manish Garg. Mit den extrem kurzen Lichtblitzen feuern die Forscher auf die Spitze des mit atomarer Pr\u00e4zision positionierten Mikroskops und l\u00f6sen damit den Tunnelprozess aus. Auf diese Weise erreicht die Hochgeschwindigkeitskamera f\u00fcr die Quantenwelt nun eine HD-Aufl\u00f6sung.<\/p>\n Mit der neuen Technologie k\u00f6nnen die Physiker nun auf bis zu mehrere hundert Attosekunden und ein Atom genau messen, wann sich die Elektronen wo befinden. Zum Beispiel in Molek\u00fclen, aus denen ein hochenergetischer Lichtblitz ein Elektron herauskatapultiert hat, so dass sich die verbleibenden negativen Ladungstr\u00e4ger neu anordnen und das Molek\u00fcl m\u00f6glicherweise eine chemische Reaktion mit einem anderen Molek\u00fcl eingeht. “Die F\u00e4higkeit, Elektronen in Molek\u00fclen live in ihren nat\u00fcrlichen \u00f6rtlichen und zeitlichen Gr\u00f6\u00dfenordnungen zu filmen, ist entscheidend, um beispielsweise die chemischen Reaktivit\u00e4t und die Umwandlung von Lichtenergie in geladene Teilchen, wie Elektronen oder Ionen zu verstehen”, sagt Klaus Kern, Direktor des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Festk\u00f6rperforschung.<\/p>\n Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht es die Technologie nicht nur, die Wege der Elektronen \u00fcber die Prozessoren und Chips der Zukunft zu verfolgen. Sie kann auch die Ladungstr\u00e4ger dramatisch beschleunigen: “Elektronen schwingen in heutigen Computern mit einer Frequenz von einer Milliarde Hertz”, sagt Klaus Kern. “Mit ultrakurzen Lichtblitzen k\u00f6nnte ihre Frequenz m\u00f6glicherweise auf eine Milliarde Hertz erh\u00f6ht werden.” Mit diesem Lichtwellenturbo w\u00fcrden Forscher den Weg f\u00fcr die Lichtimpuls-Technologie ebnen, die Computer millionenfach schneller machen k\u00f6nnte.<\/p>\n Eine Zusammenfassung der Forschung wurde am vergangenen Freitag in der wissenschaftlichen Zeitschrift Science<\/a> ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n Hier<\/a> k\u00f6nnen Sie weitere IO-Artikel zur Quantentechnologie lesen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Es gibt noch viele R\u00e4tsel in der Welt der Quantentechnologie. Um zu verstehen, was auf der Ebene der kleinsten Teilchen vor sich geht, w\u00e4re es wichtig, wenn man nachvollziehen k\u00f6nnte, wie die Prozesse ablaufen. 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