Atomare Hologramme

News: Atomare Hologramme

Physiker haben die Holographie bis an ihre Grenzen vorangetrieben und mit Hilfe von Röntgenstrahlung dreidimensionale Bilder von Atomen in einem Kristall erzielt. Die Methode könnte weiter verbessert werden, um dann zum Beispiel Unreinheiten in Kristallstrukturen zu entdecken und ultradünne Filme abzubilden, die gerade mal ein Atom dick sind.

Optische Hologramme werden erzeugt, indem man einen Gegenstand mit einem Laser beleuchtet. Der Strahl wird dafür zuvor geteilt. Der Objektstrahl wird von dem Objekt reflektiert und erzeugt mit dem Referenzstrahl ein Interferenzmuster, das von einer fotografischen Platte aufgenommen wird. Bei Beleuchtung der Platte mit einem weiteren Laserstrahl entsteht eine dreidimensionale Abbildung des ursprünglichen Gegenstands.

Das funktioniert bei den meisten Objekten bis hinunter zu einer Größe von wenigen Mikrometern. Atome sind jedoch viel zu klein, als daß man sie mit Hilfe der Laserholographie abbilden könnte. Das Physikerteam unter Leitung von Michel Belakhovsky vom Commissariat à l'Energie Atomiquein Grenoble und Miklos Tegze vom Research Institute for Solid State Physicsin Budapest fand einen Weg, das Interferenzmuster eines Kobaltoxid-Kristalls so hoch aufzulösen, daß sie damit die einzelnen Atome abzubilden vermochten(Physical Review Lettersvom 14. Juni 1999).

Die Wissenschaftler bestrahlten den Kristall mit Röntgenstrahlen von hoher Intensität, die sie über ein Synchroton erzeugten. Das Licht regte die Kobalt- und Sauerstoff-Atome an, wodurch diese selbst Röntgenstrahlen emittierten. Ein Teil dieser sogenannten sekundären Röntgenstrahlen gelangte direkt zu einem Detektor, während ein anderer Teil zuerst von den Atomen im Kristall abgelenkt wurde. Die beiden Strahlen überlagern sich im Kristall und bilden ein Interferenzmuster. Das Team konstruierte einen Detektor, der empfindlich genug war, um dieses Muster von den gestreuten Röntgenstrahlen des eintreffenden Strahls unterscheiden zu können – und erhielten so dreidimensionale Bilder der Atome mit einer Auflösung von fünf Nanometern.

Für komplexe Kristalle, wie zum Beispiel Proteine, ist die Methode womöglich weniger geeignet, da hier die Atome in sehr unterschiedlicher Weise angeordnet sind und das Interferenzmuster damit sehr kompliziert wird.

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