close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

Am Puls - The Munich-Centre for Advanced Photonics

EinbettenHerunterladen
Am Puls
Ausgabe Dezember 2014
Am Puls
Newsletter des Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP)
Stabile Bänder aus der Nanowelt:
Moleküle werden zu Tapes
Die Zukunft ultrakurzer Laserpulse
Interview mit Paul Bolton:
„In der Laserentwicklung beschränkt
uns nur unsere Vorstellungskraft“
www.munich-photonics.de
Am Puls
Vorwort
Dr. Zsuzsanna Major
Wissenschaftliches Management
LEX Photonics
Foto: Naeser
Liebe Leser,
das Jahr neigt sich dem
Ende entgegen. Für meine Forschungsgruppe war
es ein ereignisreiches Jahr,
denn unsere Lasersysteme
im neuen Laboratory for
Extreme Photonics (LEX
Photonics) nehmen endlich
Gestalt an.
Wir sind zuversichtlich,
dass wir im nächsten Jahr
schon an erste Experimente
denken können.
Wir haben ehrgeizige Ziele.
In LEX Photonics entsteht
gerade eine Infrastruktur, die die UltrakurzpulsTechnologie vorantreiben
wird. Die hier entwickelten
Lichtquellen werden in den
nächsten Jahren ermöglichen, den großen Zielen
des MAP Clusters näher
zu kommen. In dem LEX
Photonics-Labor, das ich
zurzeit leite, wollen wir
die jetzigen Grenzen der
Attosekundenphysik überschreiten. Mit Hilfe ultrakurzer, hochenergetischer
optischer Pulse wollen wir
Attosekundenblitze mit sowohl höherer Intensität als
auch Photonenenergie erzeugen, als das der gegenwärtige Stand der Technologie erlaubt.
Diese Attosekundenpulse,
deren Wellenlänge sich im
extrem ultravioletten oder
sogar im weichen Röntgenbereich befindet, sind
ideal für die zeitaufgelöste
Untersuchung von Elektronenbewegungen in Atomen, Molekülen und sogar
Festkörpern. Mit der anvisierten Pulsenergie wird der
Weg frei für die sogenannte
vierdimensionale (4D) Abbildung dieser Elektronenbewegungen. Durch die
Entwicklung der neuen Laserquellen werden wir die
auf einer mikroskopischen
Skala ablaufenden Elektronenprozesse besser beobachten können.
LEX Photonics beherbergt
im Augenblick auch ein
weiteres Lasersystem, zusammen mit dessen Experimentierstationen. Hier werden Vorarbeiten für das neu
entstehende Centre for Advanced Laser Applications
(CALA) durchgeführt, dessen Gebäude direkt an LEX
Photonics angrenzen wird
und das bereits im Bau ist.
In CALA sollen schließlich die Möglichkeiten der
lasergetriebenen Röntgenund Teilchenquellen für
die Entwicklung neuartiger
medizinischer Diagnoseund Therapiemethoden erforscht werden.
Die Erschütterungen durch
die CALA-Bauarbeiten spüren wir leider auch öfters in
unserem Labor. Wir hoffen
aber, dass die Grobarbeiten im nächsten Jahr zügig
voranschreiten und abgeschlossen werden können
und wir danach so bald wie
möglich von den großen
Chancen, die uns CALA eröffnen wird, profitieren.
Ihre Zsuzsanna Major
So wird das Areal um
LEX Photonics (am linken
Bildrand) in zwei Jahren
aussehen: Gleich neben dem
Forschungszentrum entsteht zur Zeit das Centre for
Advanced Laser Applications
(CALA).
Illustration: woogieworks
www.munich-photonics.de
Am Puls
des Munich-Centre for Advanced Photonics
Der Laser in der Nuss
Editorial
V
Doktorand Thorben Seggebrock schoss das Titelbild
dieser Ausgabe. Hier ist die Geschichte dazu.
D
ass die Wissenschaftler
bei MAP mitunter sehr
vielseitige Talente haben,
zeigte sich einmal mehr in
diesem August beim Fotowettbewerb „Forschung im
Fokus“.
MAP-Doktorand
Thorben Seggebrock gewann
bei dem vom GraduateCenterLMU veranstalteten
Wettbewerb einen Preis für
sein Foto „Electron Acceleration in a Nutshell“. Für
diesen Newsletter haben
wir uns entschieden, das
Foto als Titelbild zu verwenden, passend zur Vorweihnachtszeit.
Thorben Seggebrock hat
auf seinem Bild den winzig
kleinen Saphirglas-Aufbau
festgehalten, der als Elektronenbeschleuniger eine
Doktorand Thorben Seggebrock
neben seinem
preisgekrönten
Foto.
Foto: GraduateCenterLMU
zentrale Rolle in seiner
Doktorarbeit spielt. „Wie
klein diese Elektronenbeschleuniger tatsächlich
sind, lässt sich nur durch
einen direkten Größenvergleich begreifen“, sagt
Thorben Seggebrock zur
Entstehung des Bilds. „Um
die letzte Weihnachtszeit,
als es Nüsse gab, kam mir
dann die Idee zu dem Foto.“
Ein besonderes Detail an
dem Titel des Fotos: „In a
nutshell“ bedeutet im Englischen sinngemäß „auf den
Punkt gebracht“.
Es hat ein wenig gedauert,
bis ich es geschafft habe,
eine Nuss geeignet aufzuknacken, sagt der passionierte
Hobby-Fotograf.
„Nach dem Projekt wollte
in meiner Umgebung nie-
mand mehr Nüsse essen.“
Der
Mini-Teilchenbeschleuniger
funktioniert
mit einem HochleistungsLaser, der in einem Gas
Wellen anregt, auf denen die
Elektronen gewissermaßen
„surfen“ können und dabei
hohe Energien erreichen.
Ähnliche Energien schaffen
bisher nur Beschleuniger,
die um den Faktor 1000
größer sind als die viereckige Glas-Vorrichtung in der
Nussschale.
Diese
Beschleunigungstechnik, wie sie in der
Gruppe von Stefan Karsch
entwickelt wurde, soll auch
in dem aktuell im Bau befindlichen Centre for Advanced Laser Applications
(CALA) genutzt werden.
Ismene Kolovos
iel spannende Forschung und alles was
so um sie herum im Cluster
passiert, hat sich in diesem
Newsletter angesammelt.
Wir freuen uns, dass unser
digitales, halbjährliches Informationsblatt mittlerweile einen großen Kreis von
Interessenten anspricht.
Wenn Sie also, liebe Leser
und Mitglieder von MAP,
Anregungen oder selbst
einmal eine Nachricht haben, von der Sie der Meinung sind, dass sie an die
Öffentlichkeit sollte, scheuen Sie sich nicht, uns zu
kontaktieren.
Eine neue Ansprechpartnerin ist seit 1. November Karolina Schneider. Zusammen mit Thorsten Naeser
kümmert sie sich um alles
was mit der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit im MAP
Cluster zu tun hat. Karolina
Schneider kommt aus dem
Journalismus, sie hat für Tageszeitungen, Hörfunk und
vor allem Fernsehen gearbeitet. Ihre Schwerpunkte
lagen dabei auf Nachrichten- und Politikberichterstattung.
Wir wünschen Ihnen viel
Freude beim Lesen unseres
Newsletters, einen guten
Rutsch und ein erfolgreiches Neues Jahr 2015!
Herzlichst
Ihr MAP-Projektbüro Team
IMPRESSUM
AM PULS - der Newsletter des Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP), gefördert durch die Exzellenzinitiative der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG); Herausgeber: Pressebüro des Munich-Centre for Advanced
Photonics; Redaktion: Thorsten Naeser und Karolina Schneider, Layout: Thorsten Naeser
Anschrift der Redaktion: Am Coulombwall 1, 85748 Garching, E-Mail: karolina.schneider@physik.uni-muenchen.de
www.munich-photonics.de
Am Puls
Blick in die Forschung
Ultrakurz gestoppt
Ein internationales Forscherteam um Reinhard Kienberger und Wolfram Helml
hat erstmals die Dauer der derzeit kürzesten Röntgenpulse gemessen.
Wie kurz ein Röntgenblitz (blau dargestellt, von links ins Bild kommend) ist, erkunden die Forscher über einen
Laserpuls (roter Wellenzug), der ebenfalls von links kommend auf das Zentrum der Messanordnung trifft. Dort
schlägt der Röntgenblitz Elektronen aus Gasatomen heraus, die vom elektrischen Feld des Laserpulses je nach
dem Zeitpunkt ihrer Emission beschleunigt oder abgebremst werden. Von einem Detektor (rechts oben) werden die
Energien dieser Elektronen (grün dargestellt) gemessen und daraus Rückschlüsse auf die Dauer des ursprünglichen
Röntgenblitzes gezogen. (Grafik: Christian Hackenberger)
U
ltrakurze, hochintensive Röntgenblitze, wie sie an Freie-Elektronen-Lasern erzeugt werden, öffnen uns das Tor zu einer unbekannten
Welt. Mit ihrer Hilfe „fotografieren“
Wissenschaftler den Aufbau kleinster
Strukturen, wie etwa die Anordnung
von Atomen in Molekülen. Um mit
Röntgenblitzen auf Entdeckungstour
im Nanokosmos zu gehen, muss man
wissen, wie die zeitliche Struktur und
die Pulsdauer der elektromagnetischen Strahlung beschaffen sind. Einem internationalen Team unter Führung von Wissenschaftlern der TU
München, des Max-Planck-Instituts
für Quantenoptik und des Deutschen
Elektronen Synchrotrons DESY ist es
an der Linac Coherent Light Source
(LCLS) in Kalifornien, USA, gelungen, die Dauer und Pulsform der kürzesten Röntgenblitze zu bestimmen.
Die Dauer der Röntgenblitze be-
stimmten die Physiker mit einem
Schmierbildverfahren. Die Forscher
schickten die Röntgenblitze in eine
mit Edelgasatomen gefüllte Vakuumkammer. Die Röntgenblitze überlagerten sie jeweils mit einem zweiten
Lichtpuls mit 2,4 Mikrometer Wellenlänge. Wenn diese Röntgenblitze
auf die Gasatome treffen, schlagen sie
Elektronen aus deren Kern-nächster
Schale heraus und setzen diese im
Vakuum frei. Die Elektronenbündel
werden dabei vom elektrischen Feld
des zweiten Lichtpulses abgebremst
oder beschleunigt. Die Geschwindigkeitsänderung hängt davon ab, wann
das Licht des überlagerten Pulses die
Elektronen erfasst und damit welche
elektrische Feldstärke zum Zeitpunkt
der Erzeugung gerade vorliegt. Da die
Elektronen während der ganzen Zeit
freigesetzt werden, die der Röntgenpuls andauert, „spüren“ Elektronen,
die zu unterschiedlichen Zeiten erzeugt werden, verschiedene Feldstärken des periodisch schwingenden
zusätzlichen Lichtfeldes. Dadurch
werden sie unterschiedlich beschleunigt, d.h. energetisch „verschmiert“.
Schließlich werden die Elektronen
von einem Detektor eingefangen, der
die Ankunftszeiten der Elektronen
misst. Daraus ermittelten die Physiker, dass die kürzesten Röntgenpulse
unter einer Femtosekunde lang waren.
Thorsten Naeser
Originalpublikation:
W. Helml et al., Measuring the temporal structure of few-femtosecond
FEL X-ray pulses directly in the
time domain; Nature Photonics, 8,
950-957 (2014), doi: 10.1038/NPHOTON.2014.278.
www.munich-photonics.de
Am Puls
Blick in die Forschung
Stabile Bänder aus der Nanowelt
Wilhelm Auwärter und sein Team überlassen Moleküle
sich selbst und untersuchen die daraus entstehenden Strukturen.
W
inzig kleine, flache
Bänder aus Molekülen, sogenannte „Tapes“,
sind das Ziel eines Forschungsprojektes
von
Wilhelm Auwärter und
seinem Team am PhysikDepartment der TUM. In
der Industrie könnten diese
Strukturen vielseitige Anwendungen finden. Erste
Ergebnisse der Experimente wurden im „Journal of
the American Chemical Society“ veröffentlicht.
Sie sind quadratisch und
bindungsfreudig – Porphin-Moleküle sind essentiell für biologische Prozesse,
wie beispielsweise die Photosynthese und Atmung.
Die Gruppe um Wilhelm
Auwärter forscht an der
TUM an den chemischen
Allround-Talenten.
Am
äußeren Rand der Moleküle, an dem üblicherweise
Wasserstoff gebunden ist,
können nämlich auch verschiedene andere chemische Einheiten andocken,
wodurch die Eigenschaften
des Moleküls entsprechend
verändert werden – eine regelrechte Spielwiese für Naturwissenschaftler.
Doktorandin Alissa Wiengarten, Mitglied der IMPRS, führt die Experimente
mit den vielseitigen Porphin-Molekülen in einer
Vakuum-Kammer durch,
um neue Methoden zur
Herstellung von molekularen Nanostrukturen zu
erforschen. Sie erhitzt ein
Pulver aus Porphin-Molekülen so stark, dass das
Pulver sublimiert und die
Moleküle sich einzeln aus
dem Verband lösen. Eine
Silberoberfläche
wartet
darauf, die Moleküle aufzufangen. „Damit auf der
Oberfläche auch wirklich
die gewünschte chemische
Reaktion passiert, muss die
Dichte der Moleküle und
die Temperatur hoch genug
sein“, erklärt Wiengarten.
Dann reagieren die Porphine auf der Oberfläche und
verbinden sich zu kleinen
Gruppen – ganz von selbst.
Diese Reaktionen wollen
die Wissenschaftler nun
erforschen und zur Herstellung neuartiger Materialien
perfektionieren.
Die Silberoberfläche spielt
bei der Bildung der Porphin-Strukturen eine tra-
Winzige Bänder
aus Molekülen
sind das Ziel eines
Forschungsprojektes von Wilhelm
Auwärter und
seinem Team am
Physik-Department
der TUM.
Foto: Auwärter
gende Rolle: „Silber scheint
eine Art Katalysator für die
Bildung der Molekülketten
zu sein“, erklärt Wilhelm
Auwärter. Allerdings: „warum das so ist, können wir
noch nicht vollständig erklären.“ Die Gruppe möchte auch klären, wie sich
längere Molekülketten aus
Porphinen herstellen lassen, sogenannte Tapes, die
nur ein Molekül breit sind.
Diese könnten in Zukunft
als optisch aktive Elemente, für elektronische Anwendungen oder auch zur
Datenspeicherung genutzt
werden.
Bisher beobachteten die
Forscher zwar lange Porphin-Ketten, hoch geordnet
waren aber hauptsächlich
Gruppen von zwei oder drei
Porphin-Molekülen.
Doktorandin Alissa Wiengarten an der Vakuum-Anlage, in der die Molekül-Tapes
entstehen sollen.
Foto: Thorsten Naeser
Um die winzigen Strukturen auf den Silberoberflächen zu untersuchen,
benutzt das Team ein ganzes Ensemble ausgefeilter
Strukturanalyse-Techniken,
die mit Unterstützung von
MAP und in Kooperation
mit internationalen Partnern zur Verfügung stehen.
So entstanden mithilfe des
hauseigenen, von MAP mitfinanzierten, RastertunnelMikroskops faszinierende
Bilder der selbstorganisierten Strukturen. Anhand
der Untersuchungen mit
Synchrotron-Strahlung aus
dem ELETTRA-Speicherring in Triest gewannen die
Wissenschaftler außerdem
wichtige Einblicke in die
Elektronenstruktur der Anordnungen.
Ismene Kolovos
Originalpublikation:
A. Wiengarten et al.; Surface-assisted Dehydrogenative Homocoupling of
Porphine Molecules; Journal of the American Chemical Society 136 (26), 93469354 (2014)
www.munich-photonics.de
Am Puls
Blick in die Forschung
Die Sonnenbrille in unserem Auge
Ein Team um Prof. Wolfgang Domcke hat erkundet wie Moleküle
funktionieren, die in unserem Auge einen natürlichen UV-Schutz bereitstellen.
S
onnenbrillen sind in
den
Sommermonaten ein unverzichtbarer
Schutz für unsere Augen.
Das Auge besitzt aber auch
eine natürliche Schutzfunktion: Moleküle in der
Augenlinse machen UVStrahlung
unschädlich.
Wissenschaftler um Prof.
Wolfgang Domcke publizierten nun erste Ergebnisse zur Funktionsweise
dieses UV-Schutzes.
Auf Sonnenbrillen werden
wir auch dann nicht verzichten, wenn der Schutzmechanismus der Augenlinse gegen UV-Strahlung
vollständig geklärt ist.
Trotzdem lohnt es sich, bei
den UV-Filtern, die sich in
unserer Augenlinse befinden, genauer hinzusehen.
„Kynurenine“ nennen sich
die Moleküle, die unsere
Augen vor den Folgen von
UV-Strahlung schützen. Sie
sorgen dafür, dass möglichst
kein UV-Licht auf unsere
Netzhaut trifft und diese
beschädigt. Aus Messungen
an Kynureninen in Lösung
weiß man, dass diese Moleküle in der Lage sind, Lichtenergie zu absorbieren und
sie in Wärme umzuwandeln. Wie dieser Mechanismus aber auf molekularer
Ebene funktioniert, müssen
Wissenschaftler mit aufwändigen physikalischen
Modellen und Computersimulationen berechnen.
„Wir haben das Problem zuerst einmal isoliert betrachtet und berechnet, was mit
In unseren Augen
sorgen Moleküle
für einen natürlichen UV-Schutz.
Foto: Thorsten
Naeser
einem einzelnen Molekül
passiert, nachdem es durch
Licht elektronisch angeregt wurde“, erklärt Deniz
Tuna, Chemiker und Postdoc am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
in Mülheim an der Ruhr.
Als Doktorand von Prof.
Wolfgang Domcke forschte
Tuna im Rahmen eines von
MAP mitfinanzierten Projekts an dem Mechanismus,
der dem natürlichen UVSchutz in der Augenlinse
zugrunde liegt. „Im Auge
ist die Situation natürlich
viel komplexer – in der Augenlinse sind die Moleküle
in einer Flüssigkeit gelöst.“
Mithilfe ihrer Berechnungen kamen die Forscher einem faszinierenden Prozess
auf die Spur: trifft ein UVPhoton auf das Filter-Molekül, gibt das Lichtteilchen
seine Energie an ein Elektron ab. Dadurch geht das
Molekül in einen angeregten Zustand über: Ähnlich
einer zusammengedrückten
Feder hat es nun Energie gespeichert, die es wieder los-
werden kann. Das Abgeben
der Energie kann prinzipiell auf verschiedene Arten
erfolgen – bei den UV-Filter-Molekülen geschieht es
über einen „intramolekularen Protonentransfer“: ein
Proton ändert innerhalb
des Moleküls seinen Platz.
„Das Proton wandert von
einer Aminogruppe des
Moleküls zu einem Sauerstoff-Atom“, so Tuna. „Wenn
das passiert ist, kehrt die
elektronische Struktur wieder in den Grundzustand
zurück. Danach macht sich
das Proton auf den Heimweg, zurück zur Aminogruppe. Dann ist der Prozess abgeschlossen und die
Energie des UV-Photons
ist in Schwingungsenergie
des Protons umgewandelt.“
Diese Schwingungsenergie wird als Wärme an die
Umgebung abgegeben – ein
für das Auge unschädlicher
Mechanismus.
„Im nächsten Schritt wollen
wir das System zusammen
mit seiner natürlichen Umgebung von Wassermolekü-
len modellieren“, sagt der
Chemiker. „Wahrscheinlich
verhält sich das Molekül
dann anders, als wir es für
die isolierte Form berechnet haben.“
Die Gruppe hofft, ihre Ergebnisse bald mit experimentellen Daten aus der
Laserspektroskopie vergleichen zu können. „Für einen Vergleich mit unseren
Rechnungen muss man die
Moleküle aber erst einmal
unbeschadet in die Gasphase überführen, um sie dann
mit einem Laser zu beschießen. Das ist nicht einfach,
weil viele organische Moleküle einen sehr geringen
Dampfdruck besitzen und
beim Verdampfen leicht kaputtgehen“, so Tuna.
Ismene Kolovos
Originalpublikation:
D. Tuna, et al.; Mechanisms
of Photostability in Kynurenines: A Joint Electronic-Structure and Dynamics Study, J. Phys. Chem.
B (2014)
www.munich-photonics.de
Am Puls
Blick in die Forschung
Die Zukunft ultrakurzer Laserpulse
Unsere Kenntnisse über Elektronen könnten sich mit der rasanten
Entwicklung der nächsten Generation ultrakurzer Lichtblitze enorm erweitern.
E
ine neue Generation
von Lichtblitzen – die
sogenannte dritte Generation von Femtosekunden-Laserpulsen – treibt
die Erforschung von Ultrakurzzeit-Ereignissen
im Mikrokosmos voran.
Mit ihr könnten bald die
Bewegungen
kleinster
Teilchen, wie Elektronen,
detaillierter als bisher
beobachtet werden. Ein
Team um Prof. Ferenc
Krausz berichtet im neuen
Wissenschaftsmagazin „Optica“ der Optical
Society of America über
die dafür notwendige Lasertechnologie und deren
Perspektiven.
Die Erzeugung von Laserpulsen, die nur Femtosekunden dauern, hat seit
ihrer erstmaligen Produktion in den 70er Jahren des
letzten Jahrhunderts eine
imposante Entwicklung genommen. Alles begann mit
Farbstofflasern, deren Pulse
knapp unter einer Pikosekunde lang waren. Schnell
gelangte man zu Zeiten von
Blick auf einen
Scheibenlaser.
Seine Geometrie garantiert
im Vergleich zu
herkömmlichen
Festkörperlasern
bei zunehmender
Leistung einen
stabileren Betrieb.
Foto: Thomas
Metzger
wenigen Femtosekunden
Dauer (eine Femtosekunde
ist ein Millionstel einer milliardstel Sekunde, 10-15s).
Heute hat ein wenige Femtosekunden langer Laserpuls nur wenige Ausschläge
der Lichtwellen und damit
des elektromagnetischen
Feldes. Dabei nehmen die
Ausschläge bis zur Mitte des
Pulses zu, erreichen kurz
eine Gipfelhöhe (Peak) und
fallen danach wieder ab.
Femtosekunden-Pulse
können in der Spitze ihres
Lichtwellenausschlages Leistungen von vielen
Terawatt (Billionen Watt,
1012 W) erreichen. Zum
Vergleich: Ein Atomkraftwerk produziert typischerweise eine Leistung auf
der Größenordnung von
1 Gigawatt Leistung (109
W), das ist weniger als ein
Tausendstel. Die nächste, so
genannte dritte Generation
der Femtosekunden-Laserpulse wird Lichtblitze mit
Terawatt-Spitzenleistungen
erstmals mehrere Tausend
Mal in der Sekunde bereitstellen. Diese Frequenz ist
hundert- bis tausendmal
höher als bisher.
Möglich macht dies heute
vor allem die Technologie
der Scheibenlaser. Bei einem Scheibenlaser ist der
lichtverstärkende Kristall
eine dünne Scheibe. Diese
Geometrie garantiert im
Vergleich zu herkömmlichen Festkörperlasern bei
zunehmender Leistung einen stabileren Betrieb. Die
Pikosekundenpulse aus dieser Quelle eignen sich ideal
zum Pumpen sogenannter
optischer parametrischer
Verstärker. Diese Verstärker
wandeln die Energie der Pikosekundenpulse in Lichtpulse mit einer Dauer von
wenigen Femtosekunden
und Spitzenleistungen im
Terawatt-Bereich um.
Die dritte Generation Femtosekundenpulse
wird
ihrerseits,
theoretischen
Untersuchungen
zufolge, wiederum die nächste
Generation
Attosekunden-langer Lichtblitze zur
Erforschung des Mikrokosmos, und vor allem der
Fotografie von Elektronen,
erzeugen (eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer
milliardstel Sekunde, 10-18
s). Die Wellenlänge dieser
Blitze wird weniger als einen Nanometer betragen.
Das werden dann die ersten
Attosekunden-Lichtblitze
im Röntgenbereich sein.
Solche Attosekunden-Röntgenblitze werden – mittels
Röntgenbeugung – scharfe
Momentaufnahmen über
die Position von Elektronen
innerhalb von Molekülen
und Festkörpern mit einer
Genauigkeit unter einem
Nanometer liefern. Aus
einer Serie solcher Attosekunden-Momentaufnahmen wird man die durch
die Quantenmechanik bestimmten „Laufwege“ von
Elektronen in atomaren
Systemen erstmals verfolgen können.
Im neuen Laserforschungszentrum Laboratory for
Extreme Photonics (LEX
Photonics) der LudwigMaximilians-Universität
München, arbeiten die
Physiker bereits an dieser
dritten Generation Femtosekunden-Laserpulse, um
die Attosekunden-Lichtblitzerzeugung in den Bereich der Röntgenstrahlen
auszuweiten. Da die Welt
der Elektronen bis jetzt nur
im Ansatz verstanden ist,
bietet sich durch die verbesserte Lasertechnik die
Chance, dem Mikrokosmos
immer mehr Geheimnisse
zu entreißen. Mit den künftigen Attosekunden-Röntgenblitzen könnte es sogar
möglich sein, Echtzeit-Filme über jedwede Teilchenbewegungen außerhalb des
Atomkerns zu „drehen“.
Thorsten Naeser
Originalpublikation:
Hanieh Fattahi et al., Thirdgeneration femtosecond
technology, Optica, Vol. 1,
Issue 1, pp. 45-63 (2014);
http://dx.doi.org/10.1364/
OPTICA.1.000045
www.munich-photonics.de
Am Puls
Tag der offenen Tür 2014 auf dem Campus Garching
Den Wissensdurst gestillt
K
napp 10.000 Besucher fanden am 11. Oktober den
Weg auf den Campus Garching zum Tag der offenen Tür. Die Institute von TUM und LMU stellten den
Wissbegierigen ihre Forschung vor. Auch das Laserforschungszentrum Lex Photonics war geöffnet. Zahlreiche Besucher informierten sich hier über die Forschung,
die in den nächsten Jahren sowohl in LEX Photonics,
als auch im künftigen Centre for Advanced Laser Applications geplant ist. In der Science Lounge, neben
dem Maschinenbaugebäude, präsentierte die Leiterin
des PhotonLabs, Silke Stähler-Schöpf, zusammen mit
Studentin Sandra Gaede, wie man mit Licht Musik
überträgt. Große und kleine Interessenten belagerten
den ganzen Tag den Stand. Den traditionellen BallonWeitflugwettbewerb gab es auch. Hier ließen die MAPMitarbeiter die Herzen der Kinder höher schlagen. An
dieser Stelle ein herzliches Dankeschön an alle Kollegen, die bei der Organisation und den Präsentationen
vor Ort geholfen haben. Wir wissen das Engagement
sehr zu schätzen. thn/Fotos: Thorben Seggebrock, Silke Stähler-Schöpf und Katharina Adler
www.munich-photonics.de
Am Puls
Im Portrait
„Nur unsere Vorstellungskraft beschränkt die Laserentwicklung“
Paul Bolton ist neuer Gastprofessor im Exzellenzcluster am Lehrstuhl von Prof. Katia Parodi.
Hier unterhält er sich mit Karolina Schneider.
S
Paul Bolton
Foto: Thorben Seggebrock
eit über 40 Jahren arbeitet Paul Bolton,
neuer Gastprofessor am
MAP, als Physiker. Bevor
er diesen Sommer nach
München kam, hat er sieben Jahre in Japan verbracht als stellvertretender Generaldirektor des
Kansai Photonic Science
Instituts. Jetzt gehört er zu
Prof. Katia Parodis Team.
Hier erzählt er, was ihn an
der Physik begeistert, wie
er Fukushima erlebte und
was er als MAP-Forscher
alles so vor hat.
Prof. Bolton, Sie haben die
letzten sieben Jahre in Japan verbracht, was hat Sie
bewegt, dorthin zu gehen?
Ganz klar die Möglichkeiten, die sich mir in Kyoto
eröffnet haben: Sie waren
dort auf der Suche nach
jemandem, der sowohl Erfahrung mit Beschleunigern als auch mit Lasern
hat und ich habe viele Jahre
in beiden Bereichen ver-
bracht. Es war die Chance
Laser-Plasma-Physik und
Hochleistungslaserphysik
mit der Entwicklung neuartiger Ionenbeschleuniger
zu kombinieren. Ich glaube,
sie wollten auch einen Wissenschaftler, der westlichen
Einfluss in diese neuartige
Position einbringt.
Haben Sie sich in Kyoto
aufgehalten, als das AtomUnglück von Fukushima
passierte?
Ja. Glücklicherweise waren
wir weit weg - ungefähr
600 km - von Tohoku, dem
Gebiet, das am schlimmsten getroffen wurde. Als es
passierte, haben wir nicht
viel mitbekommen. Die
Erde bewegte sich kaum
in Kyoto. Die Auswirkungen waren für uns nicht
erschütternd im Sinne von
Erdbewegungen, sondern
erschütternd im Sinne
von Veränderungen und
Neuausrichtung des Programms. Mein Institut ist
Teil der Japanischen Atomenergie-Behörde, die sofort
Verantwortlichkeiten übernahm. Ich war der stellvertretende Direktor am KPSI,
das bedeutete, dass ich regelmäßig Wissenschaftler
beauftragte, in die Gegend
von Tokyo zu gehen um
bei der Strahlungsüberwachung zu assistieren.
chende Einführung von
Mikrowellen in Hochenergie-Beschleunigern vor einigen Jahrzehnten.
Ein weiteres Ziel ist die Studienplanentwicklung: Ich
möchte Katia Parodi helfen
ein medizinisch-physikalisches Programm aufzubauen, das explizit die „Lasersache“ enthält.
Was sind Ihre Ziele hier in
München?
Was halten Sie für das Faszinierendste an der Physik?
Was mich hierher gebracht
hat, ist ein starkes Interesse daran, lasergetriebene
Beschleuniger zu bauen.
Was ich hier tun kann, ist
nachhaltig den Bau einer
lasergetriebenen Maschine zu fördern, die für verschiedenste Anwendungen
benutzt wird und einer, die
auch ein Testlabor für neue
Technologien sein kann. Es
ist im Kontext der Verbesserung von Beschleunigern
durchaus
gerechtfertigt,
diese Entwicklung ähnlich
zu sehen, wie die bahnbre-
Der faszinierendste Aspekt
ist für mich, dass die Faszination nie aufgehört hat.
Die Einzigartigkeit dessen,
was wir tun, besonders
wenn wir beginnen, Lasertechnologien mit anderen
Technologien zu kombinieren, eröffnet Möglichkeiten, die einzig durch unsere
Vorstellungskraft und unsere Energie beschränkt sind.
Das gesamte Interview ist
unter www.munich-photonics.de nachzulesen.
www.munich-photonics.de
Am Puls
Zu Besuch im PhotonLab
Auf Tuchfühlung mit der Photonik
Duygu Nacar hat ein Praktikum am Campus Garching absolviert – den vom PhotonLab
finanzierten Aufenthalt hatte sie beim „Jugend forscht“-Landeswettbewerb gewonnen.
D
as Wort „faszinierend“
fällt häufig, wenn
Duygu (20) mit leuchtenden Augen von ihrem
Forschungspraktikum am
Campus Garching im Juli
erzählt. Jedes Gebiet, das
sie kennenlernen durfte,
entlockt ihr begeisterte Erzählungen. Die Abiturientin hatte den von MAP gestifteten Aufenthalt als Preis
beim „Jugend forscht“-Landeswettbewerb gewonnen.
Eine Woche lang durfte
sie im Juli Wissenschaftler
kennenlernen und in deren
Labore hineinschnuppern.
„Es war total schön, dass
sich die Wissenschaftler
so viel Zeit für mich genommen haben“, erzählt
sie begeistert. „Es hat sich
weniger wie ein Praktikum
angefühlt, sondern einfach
wie eine Woche, in der Zeit
für mich zur Verfügung gestellt wird.“
Das Labor für Attosekundenphysik scheint es ihr besonders angetan zu haben.
„Das Labor hat mich total
fasziniert, das geht ja über
zwei Stockwerke! Es war
auch toll, einmal im Detail
erklärt zu bekommen, wie
ein Laser funktioniert. Und
dann zu verstehen, wie Attosekundenblitze entstehen
und wie kurz die eigentlich
sind!“ Eine weitere Station
war LEX Photonics, wo sie
die Grundlagen der FreieElektronen-Laser kennenlernte. „Das war spannend,
vor allem, als ich erfahren
habe, wie groß vergleichba-
Duygu Nacar
war zu Gast im
Schülerlabor.
Eine Woche
schnupperte sie
hinein in die Welt
der Physik. Foto:
Thorsten Naeser
re Anlagen sind. Die Idee,
so einen Teilchenbeschleuniger auf einen 20 m-Tisch
zu übertragen, ist revolutionär. Ich habe gleich gefragt:
„Wie soll man so einen
Teilchenbeschleuniger bitte kleiner kriegen? Und als
ich dann diese Glaskapillare
gesehen habe, hat mich das
total gefesselt. Überhaupt
kannte ich Freie-Elektronen-Laser bisher noch gar
nicht!“
Neben der Forschung, die
die 20-Jährige kennenlernte, gefiel ihr auch der persönliche Austausch mit den
Doktoranden. „Ich fand‘s
schön, wie die Doktoranden, die ja teilweise schon
seit Längerem dabei sind,
noch immer so fasziniert
sind von ihrer Forschung.
Ich habe zum ersten Mal
die Gelegenheit gehabt,
mich so intensiv mit Physik-Doktoranden zu unter-
halten“, erzählt sie. Auch
der Austausch mit weiblichen Vorbildern in der
Forschung war für die angehende Physik-Studentin
sehr wertvoll: „Das war sehr
besonders und wichtig für
mich, denn bisher kannte
ich nur männliche Physikstudenten. Aber unter Frauen versteht man sich doch
anders – man kann einfach
offener sprechen, auch über
Zweifel bezüglich des Studiums. Wie kamen die Physikerinnen hier dazu, Physik
zu machen? Haben sie sich
das Studium immer zugetraut? Frauen kennenzulernen, die es in der Forschung
weit gebracht haben, hat
mich ermutigt, das PhysikStudium zu versuchen!“
Und das ist auch gut so –
denn Duygu hat bereits
im „Jugend forscht“-Wettbewerb ihre analytischen
Fähigkeiten und ihren For-
schergeist unter Beweis
gestellt. Ihre Analyse des
„Head Spins“, einer speziellen Figur im Breakdance,
bei der sich der Tänzer auf
dem Kopf dreht, erforderte
die Entwicklung von mathematischen
Modellen,
die ihr zusätzlich zu ihrer
Platzierung auch noch den
Sonderpreis für angewandte Mathematik einbrachten.
Vor dem Studium geht es
für die ambitionierte Abiturientin aber erst einmal für
ein Jahr nach Mittel- oder
Südamerika, wo sie sich
für Sozialprojekte engagieren möchte. „Ich hoffe,
dass ich mir etwas von der
entspannten Lebenseinstellung der Menschen dort
abschauen kann“, sagt sie.
„Ein bisschen Gelassenheit
hilft sicher auch beim Physik-Studium.“
Ismene Kolovos
www.munich-photonics.de
Am Puls
Centre for Advanced Laser Applications
Das Centre for Advanced Laser Applications wächst rasant
Bereits im Februar könnte das Dach auf dem neuen Laserforschungszentrum errichtet werden.
Gerade mal 13 Tage liegen zwischen den beiden Fotos, die vom
Dach von LEX Photonics aufgenommen worden sind. Das erste
Bild entstand am 11. das zweite
am 24. November. Einen Zeitraffer-Film wie die Bauarbeiter die
Bodenplatte gegossen haben, gibt
es auf attoworld.de in der „movie
gallery“ zu sehen.
Foto: Thorsten Naeser
D
as neue Centre for
Advanced Laser Applications (CALA) wächst
unaufhaltsam. Mittlerweile
stehen schon etliche Wände
und auch die Arbeiten an
den Abschirmbunkern laufen problemlos.
CALA schließt unmittelbar an das „Laboratory for
Extreme Photonics“ (LEX
Photonics) an und wird
etwa 2100 Quadratmeter
Laborfläche bereitstellen,
um mittels lasergenerierter
Röntgenstrahlung moderne bildgebende Verfahren für die medizinische
Diagnostik zu entwickeln
und – überwiegend für die
Früherkennung von Tumorerkrankungen – einzusetzen. Die so identifizierten
Tumoren können dann mit
ebenfalls lasergenerierten
Protonen oder Ionenstrahlen therapiert werden.
Bevor es so weit ist, muss
jedoch erst einmal das Gebäude errichtet und mit der
Großgeräte-Infrastruktur
ausgestattet werden. Derzeit verfolgen wir mit Freude die Fortschritte bei der
Errichtung des Gebäudes.
Die Erdarbeiten zu CALA
begannen im Juni, die Bodenplatte wurde in drei Abschnitten am 14.10., 28.10.
und 11.11. betoniert. Der
mittlere Abschnitt war der
größte: 1300 Kubikmeter
Beton wurden innerhalb
weniger Stunden eingebracht, etwa alle zwei Minuten fuhren Betonmischer
vor, um ihre Last an eine
der insgesamt drei Betonpumpen abzuliefern.
Nun hoffen wir, dass der
Winter sich noch etwas
Zeit lässt, damit die Arbeiten nicht zu früh eingestellt
werden müssen. Insbeson-
dere ist die Verarbeitung
von Schwerbeton kritisch
und kann schon bei leichten Frostgraden nicht mehr
durchgeführt werden.
Wenn alles gut geht, soll das
Dach im Februar geschlossen werden, dann könnten
die Arbeiten innen wetterunabhängig
fortgesetzt
werden.
Lassen wir uns überraschen, ob der Klimawandel
auch dann „funktioniert“
wenn er mal kurzfristig
durchaus erwünscht wäre...
Martin Groß
www.munich-photonics.de
Am Puls
Kurz notiert
CLUSTER-SPEKTRUM
RUND 60 TEILNEHMER AM
MAX-PLANCK CENTER OF ATTOSECOND SCIENCE
Der vierte Workshop des
Max Planck Center of Attosecond Science (MPCAS) fand in diesem Jahr
im Institute for Advanced
Studies der TUM auf dem
Campus Garching statt. Attosekunden-Wissenschaftler aus der ganzen Welt hatten sich eingefunden, um
über aktuelle Richtungen
und Fortschritte auf ihrem
Forschungsgebiet zu diskutieren. Das MPC-AS widmet
sich dem internationalen
Austausch von Expertise
und Erfahrung innerhalb der
Forschungsgemeinde, um
die Attosekundenphysik als
Schlüsselwissenschaft des
21. Jahrhundert voranzutreiben. Der nächste Workshop
wird voraussichtlich in Asien stattfinden. Foto: Naeser
SPRINGER EHRT
JOHANNES SCHÖTZ
Der Springer Verlag ehrt
Johannes Schötz für seine
herausragende Abschlussarbeit. Im nächsten Verlagsprogramm erscheint seine
Masterarbeit „Attosekundenexperimente an plasmonischen Nanostrukturen“
als Best Masters-Titel. Hier
veröffentlicht Springer in
jeweils einzelnen Büchern
die besten Abschlussarbeiten von Studenten der Naturwissenschaften.
Johannes Schötz arbeitet in
der Gruppe von Prof. Matthias Kling und hat sich in
seiner Arbeit mit der LichtMaterie-Wechselwirkung
an der Spitze von winzigen
Nadeln beschäftigt.
DIE CSU ZUM SCHNUPPERKURS BEIM SCHÜLERLABOR PHOTONLAB
Einen hohen Gast begrüßte
die Leiterin des Schülerlabors, Silke Stähler-Schöpf,
an ihrem Stand bei der
CSU-Klausurtagung
im
Kloster Banz. Ministerpräsident Horst Seehofer
machte sich ein Bild davon,
wie im PhotonLab des Exzellenzclusters Schülern die
Laserwissenschaften
näher gebracht werden. Die
CSU-Abgeordneten wollten erfahren, wie in baye-
BESONDERS
OFT ZITIERT
Wir sind stolz darauf, MAP
auf der Liste der „most influential scientific minds
2014“ vertreten zu sehen!
Als zwei der einflussreichsten Wissenschaftler in ihrem Feld werden dort Prof.
Theodor W. Hänsch und
Prof. Ferenc Krausz angeführt. Rund 3000 internationale Wissenschaftler aus
verschiedenen Disziplinen
finden sich auf der Liste, die
vom Informationsdienstleister
Thomson-Reuters
veröffentlicht wurde. Die
Zusammenstellung internationaler Namen basiert auf
der Anzahl wissenschaftlicher Publikationen, die als
„highly cited papers“ eingestuft wurden.
HAARIGE ERHEBUNG
Eine „repräsentative“ Erhebung wie dick die Haare des
Münchner Nachwuchses
sind, hat unser PhotonLabTeam auf der Bildungsmesse „Forscha“ durchgeführt. Als Gast am Stand
der TU wurden 500 Haare
mit einem Laser vermessen. Dabei kam eine durchschnittliche Dicke von 75
rischen Bildungslabors den Mikrometer heraus.
Schülern zum Beispiel Wissenschaft, Natur und Musik
näher gebracht werden. Ihre
Erkenntnisse sollen nun in die
Planung der künftigen Schulpolitik einfließen.
www.munich-photonics.de
Document
Kategorie
Seele and Geist
Seitenansichten
8
Dateigröße
3 628 KB
Tags
1/--Seiten
melden