Preis für Video von "Swinging Atoms"
Prof. Dr. Matias Bargheer (34) vom Max- Born-Institut wird für seine Arbeiten über ultraschnelle Phänomene in Festkörpern mit dem Gustav-Hertz-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft ausgezeichnet. Mit Hilfe von Röntgenstrahlen gelang es ihm, die Schwingungen von Atomen - im Fachjargon "Phononen" genannt - in Halbleitermaterialien zu verfolgen.
Er und seine Kollegen vom MBI nutzten dafür eine neuartige, durch einen Laser getriebene Quelle für ultrakurze Röntgenimpulse. "Mit unserer Variante der Femtosekunden-Röntgenbeugung können wir Veränderungen in allerkürzester Zeitskala nachverfolgen", erläutert Bargheer, der die Arbeiten mit Michael Wörner, Nikolai Zhavoronkov und Thomas Elsässer durchgeführt hat.
Seit einiger Zeit arbeitet man weltweit daran, ultrakurze Röntgenblitze herzustellen und mit ihnen elementare Abläufe in der Natur aufzuzeichnen, etwa atomare Bewegungen oder das Brechen chemischer Bindungen. Derlei Prozesse laufen häufig in weniger als einer Pikosekunde ab. Am MBI gelang es, Atom-Bewegungen in einer Halbleiter-Nanostruktur zu verfolgen. Die extrem kurze Wellenlänge der harten Röntgenstrahlung erlaubt eine hochpräzise Messung der atomaren Positionen. Durch Variation der Verzögerungszeit zwischen Anregung und Röntgenimpuls wird eine Sequenz von Schnappschüssen im Abstand von zirka 0,1 Pikosekunden aufgenommen.
Obwohl die Auslenkung der Atome nur ein Tausendstel ihres gegenseitigen Abstandes beträgt, lässt sich aus diesem "Video" die atomare Bewegung vollständig rekonstruieren. Damit wird der Erzeugungsmechanismus der Gitterschwingungen, im Fachjargon "displacive excitation of coherent phonons", erstmals eindeutig bestimmt.
Mittlerweile hat Matias Bargheer seine Untersuchungen auf ferroelektrische Nanostrukturen ausgedehnt und kürzlich eine ultraschnelle Modulation der elektrischen Polarisation gefunden, die durch eine Anregung des Kristallgitters ausgelöst wurde. Diese Experimente geben neuen Einblick in die gekoppelte Dynamik von korrelierten Elektronen und Kristallgittern und sind von Bedeutung für die Konzeption ultraschneller ferroelektrischer Schaltelemente.
Der Gustav-Hertz-Preis ist mit 7.500 Euro dotiert und wird im März 2007 während der DPG-Tagung in Düsseldorf verliehen.
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