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Rossendorfer Forscher finden Schlüssel zu Präzisonslaser

Rossendorfer Forscher finden Schlüssel zu Präzisonslaser

Dresdner Physiker haben durch Experimente mit dem als "Wunderwerkstoff" geltenden Material Graphen einen Weg gefunden, um besonders präzise Laser zu konstruieren.

Solche Graphen-Lichtverstärker könnten zum Beispiel für neuartige Werkzeugmaschinen oder superschnelle Optoelektronik verwendet werden.

Bei Graphen handelt es sich um ein Kohlenstoff-Netz, das aus nur einer ein- zigen Atomlage besteht und damit rund eine Million Mal dünner als ein Blatt Papier ist. Anders als das verwandte Graphit, das wir aus Bleistiften kennen, hat es überraschende Eigenschaften: Es ist fester als Stahl, leitet Strom und Wärme besser als Kupfer, zeigt unter bestimmten Bedingungen Effekte, die es für den Bau von Quantencomputern empfehlen und dergleichen mehr. Und nun haben die Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) dem Graphen eine weitere wundersame Eigenschaft entrungen, für die sie die superstarken Magneten aus dem HZDR-Hochfeldlabor und ihren benachbarten "Freie-Elektronen-Laser" (FEL) einsetzten. Die Wissenschaftler legten das Graphen zunächst in ein vier Tesla starkes Magnetfeld, das entspricht der 40-fachen der Feldstärke eines Hufeisenmagneten. Außerdem feuerten sie aus ihrem FEL Lichtpulse in die Kohlenstoff-Waben. Dadurch zwangen sie die Elektronen im Graphen in ganz bestimmte Bahnen, sogenannte "Landau-Niveaus".

Doch obwohl der Laser immer mehr Elektronen dorthin pumpte, leerten sich zur Verblüffung ausgerechnet diese Bahnen um die Kohlenstoff-Atome immer mehr. Schließlich erkannten die Wissenschaftler, dass sie eine Art Elektronen-Billard in Gang gesetzt hatten: Während Elektronen in "normalen" Atomen nach einem Ausflug in höhere Umlaufbahnen wieder in ihren alten Trott zurückfallen und dabei ein Lichtteilchen aussenden, um ihre geborgte Energie wieder loszuwerden, trat im Graphen ein sogenannter "Auger"-Effekt ein: Statt Licht auszusenden, buckelten die angeregten Elektronen ihre überschüssige Energie einem Nachbarn auf - der dann so aufgeregt ist, dass er aus dem Atomverbund entflieht.

Die Physiker denken nun, dass sie diesen Effekt nutzen können, um Laser bauen zu können, die beliebig in ihrer Wellenlänge zwischen Infrarot- und Terahertz-Bereich verstellbar sind. "So ein Landau-Niveau-Laser galt lange als unmöglich, doch dank Graphen könnte dieser Traum der Halbleiter-Physiker durchaus wahr werden", erklärte Projektleiter Dr. Stephan Winnerl vom HZDR.

Aus den Dresdner Neuesten Nachrichten vom 25.11.2014

DNN

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