Freitag, 1. März 2013

Laserlicht lässt in Kristallen die Potentialtöpfe wackeln


 Laserlichtpulse bringen einen Kristall in Unruhe. Dabei werden die Valenzelektronen verschoben, die wie Kit ihre Rumpfatome zu einem starren Kristall verkleistern. Dabei passiert zum Beispiel in Titandioxid folgendes: Die Gesamtheit der Potentialtöpfe, an deren Böden sich die Atome in Ruhelage befinden, wird durch den Laserpuls aus seiner Lage gestoßen. Dabei geraten auch die Atome, hier vor allem die Sauerstoffatome, aus ihrer Ruhelage und beginnen den Boden des Potentialtopfes hinauf und hinunterzurollen. Nach 20 Femtosekunden sind dann zwar die angeregten Elektronen wieder abgekühlt, aber ihre räumliche Verteilung bleibt verändert, und die Sauerstoffatome schaukeln sich noch weiter aus ihrer Ausgangslage.


Bild 2: Schematische Darstellung des Experiments. Ein extrem kurzer ultravioletter Lichtpuls von 5 Femtosekunden Dauer erzeugt heiße, angeregte Elektronen in Titandioxid. Dadurch ändert sich die räumliche Verteilung der Elektronen innerhalb des Gitters, was eine Verschiebung der Gitter-Potentialflächen, d.h. der Ruheposition der Atome, bewirkt (mittleres Bild). Die anschließende Abkühlung der Elektronen, die nach etwa 20 Femtosekunden abgeschlossen ist, verstärkt diesen Effekt noch weiter (rechtes Bild). Diese Kombination übt eine Kraft auf die Sauerstoffatome aus, die eine kohärente Schwingung des Kristalls bewirkt.
©Alexander Paarmann

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