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Forschungszentrum Jülich

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Freie Atome, Moleküle und Cluster

Moderne Synchrotronquellen liefern ultraviolettes und Röntgenlicht von noch nie da gewesener Helligkeit. Damit wurden im Bereich der atomaren und molekularen Physik experimentelle Durchbrüche erzielt, und weitere werden in Röntgenlasern (FELs) erwartet.

In der Atomphysik werden Atome und Ionen untersucht, einschließlich ihrer Struktur und Eigenschaften, optischer Wechselwirkungen und Kollisionen mit Elektronen, externen Feldern, Festkörpern und Oberflächen. Grundlegende physikalische Gesetze werden in diesem Zusammenhang getestet. Bei der Untersuchung von Molekülen sind die Fragestellungen ähnlich, diese Forschung ist auch für chemische und biologische Bereiche von Bedeutung. Cluster sind Aggregate mit einer wohldefinierten Anzahl von Atomen. Bekannt ist zum Beispiel C60, der Kohlenstoff-Cluster in Fußballform. Cluster bilden den Übergang von einzelnen Atomen zu Festkörpern. Interessant ist dabei, dass dieser Übergang nicht kontinuierlich verläuft, sondern Raum für Überraschungen bietet. Die Eigenschaften von einzelnen Clustern sind einzigartig und können normalerweise nicht aus denen des entsprechenden Festkörpers abgeleitet werden.

Die Atom- und Molekularphysik entwickelt sich zur Zeit weiter - von der Untersuchung der fundamentale Wechselwirkungen von Atomen und Molekülen hin zu deren gezielter Steuerung. Diese Entwicklung wird durch die enormen Erkenntnisse der letzten Jahrzehnte gepaart mit den technischen Neuerungen in der Laser-Technologie hervorgerufen. Heutzutage kann man die quantenmechanischen Wellenfunktionen von Atomen und kleinen Molekülen mit Laserfeldern formen. Man kann Atome (und bald auch Moleküle) einfangen und bis fast zum absoluten Nullpunkt abkühlen, wo Kondensation in einen einzelnen Quantenzustand erfolgt. Es ist möglich, kohärente Materiewellen durch Manipulation von Quantenkondensaten zu erzeugen. Die Untersuchung von extrem schnellen Vorgängen mit Röntgenstrahlen wird möglich, so dass man die Bewegung von Atomen in der Zeitskala von chemischen Reaktionen verfolgen kann.

Die sehr intensiven, ultrakurzen Röntgenpulse eines Röntgenlasers wirken anders auf die Materie als konventionelle Röntgenstrahlung. Es ist wichtig, solche Effekte zu verstehen und zu charakterisieren, da sie die Eigenschaften der untersuchten Materie verändern und sogar Einfluss auf die Untersuchungsmethoden haben können. Außerdem werden Hochfeldeffekte neue Möglichkeiten für das Studium der grundlegenden Physik von Atomen und Molekülen eröffnen.

Quellen: F. Schlachter: Atomic Physics at Ultrahigh Resolution / Atomic, Molecular, and Optical Science: An Investment in the Future / Atomic, Molecular, and Optical Science / X-ray FEL Science

Mehr zum Thema:

KFS-Broschüre "Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland" (2009):
Atome, Moleküle, Cluster und freie Nanoteilchen


KFS-Broschüre "Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland" (2001):
Vom Atom zur kondensierten Materie








































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