Schon seit langem dienen Elektronenstrahlen – beispielsweise in Elektronenmikroskopen – zur Untersuchung von Materialien. Ob sie sich dabei drehen, spielt meist keine Rolle. Rotierende Elektronenstrahlen bieten aber eine Fülle an neuen Möglichkeiten: Man könnte damit winzige Partikel steuern oder magnetische Eigenschaften auf kleinstem Raum messen. In einem solchen „Vortex-Strahl“ rotiert der Teilchenstrom um die Ausbreitungsrichtung der Elektronen, ähnlich wie die Luft in einem Tornado.

Bisher gab es keine effiziente Methode, solche Elektronentornados zu erzeugen. Nun haben Forscher von der Universität Antwerpen und der Technischen Universität Wien ein brauchbares Verfahren entwickelt. Das Team um Peter Schattschneider entwarf am Computer eine gitterartige Maske und übertrug sie durch Ionendünnung – Ätzen mit einem Ionenstrahl – auf eine Platinfolie. Fällt ein Elektronenstrahl auf das nur wenige Mikrometer große Gitter, teilt er sich: Neben ihm entsteht auf der einen Seite ein rechts- und auf der anderen ein linksdrehender Vortex-Strahl (siehe Grafik).

Unmittelbare Einsatzmöglichkeiten sieht Schattschneider in der hochaufgelösten Untersuchung magnetischer Materialien. Diese beeinflussen den Drehimpuls der Elektronen eines hindurchtretenden Elektronenstrahls. Schickt man ihn anschließend durch das Platingitter, so ist danach einer der beiden Vortex-Strahlen intensiver.

Schattschneider stellt sich aber auch exotischere Anwendungen vor: „Man könnte gezielt winzige Räder eines mikroskopisch kleinen Motors in Drehung versetzen“, spekuliert der Forscher. Auch für die abhörsichere Datenübertragung und für Quantencomputer wären die Vortex-Strahlen seiner Ansicht nach geeignet.

Manuela Kuhar