Forschung am Berliner Max-Born-Institut Wie bei "Star Wars": Laserstrahlen können sich gegenseitig "spüren"
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26. März 2024, 13:29 Uhr
Sie sind ein wichtiger Bestandteil der "Star Wars"-Welt: Duelle mit Lichtschwertern. Eigentlich funktioniert das nicht. Zumindest nicht mit Laserstrahlen, wie wir sie heute benutzen. Mit einer Ausnahme, wie Berliner Forschende herausfanden. Wenn sich die Strahlen in einem Material treffen, das eine sogenannte nichtlineare Licht-Materie-Wechselwirkung ermöglicht.
Bei diesem Vorgang kommt es in der Substanz – beispielsweise einem Kristall – dazu, dass sich zwei Laserstrahlen gegenseitig "spüren". Dabei werden Energie und Impuls ausgetauscht, sodass dort, wo die Strahlen aufeinander einwirken, zusätzliche Laserstrahlen in unterschiedlichen Richtungen und mit unterschiedlichen Frequenzen austreten. Wahrgenommen werden kann das dann als unterschiedliche Farben im sichtbaren Spektralbereich.
Prozesse wichtig für Photovoltaik
Die Forschenden vom Berliner Max-Born-Institut (MBI) und vom Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg beobachteten diesen neuartigen Wellenmischungsprozess mit sogenannter weicher Röntgenstrahlung, also solche mit niedrigerer Energie und längerer Wellenlänge. Mit diesem Ansatz können Wissenschaftler Elektronen verfolgen, die sich in Molekülen oder Festkörpern bewegen, nachdem sie durch einen ultraschnellen Laserpuls angeregt wurden.
Solche Prozesse – Elektronen, die sich nach der Anregung durch Licht zu verschiedenen Atomen bewegen – sind entscheidende Schritte bei photochemischen Reaktionen oder Anwendungen, wie zum Beispiel Photovoltaik. "Wir erwarten, dass es zukünftig möglich sein wird, die kurzzeitige Anwesenheit von Elektronen an den verschiedenen Atomen eines komplexeren Materials zu verfolgen, was neue Einblicke in diese wichtigen Prozesse ermöglicht", erklärt Daniel Schick vom MBI.
Links/Studien
Die Studie "Probing electron and hole colocalization by resonant four-wave mixing spectroscopy in the extreme ultraviolet" ist am 20.05.2022 im Fachjournal "Science Advances" erschienen.
cdi/pm
