Physikern der Ludwigs-Maximillians Universität in München ist es gelungen, Atomlaserstrahlen zu erzeugen und diese mittels Magnetfeldern zu manipulieren und zu fokussieren. Damit sei ein Atomlasermikroskop in greifbare Nähe gerückt, berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Physical Review Letters.
Um einen Laserstrahl aus Atomen zu erzeugen, kühlte das Münchner Team Rubidiumatome bis fast auf den absoluten Nullpunkt ab. Die Atome befinden sich dann alle in ein und demselben physikalischen Quantenzustand, sie bilden ein so genanntes Bose-Einstein-Kondensat. Mittels Magnetfeldern ist es nun möglich, diese Atome zu einem Strahl zu bündeln und diesen zu manipulieren.
Speziell angeordnete Magnete ermöglichen auch die Fokussierung eines solchen Strahls auf ein Objekt – eine der Grundvoraussetzungen für einen Einsatz in der Mikroskopie. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zu Atomlasermikroskopen, welche sich durch eine hohe Auflösung und geringe Strahlenschäden des abzubildenden Objektes auszeichnen werden.
Einzelne Elektronen und Atome verhalten sich nicht nur als Teilchen, sondern weisen auch Aspekte einer Welle auf. Diese Grundtatsache der Quantenmechanik ermöglicht daher, Materiestrahlen ebenso wie Lichtstrahlen zur Abbildung von Objekten einzusetzen. Materiestrahlen weisen allerdings im Gegensatz zu herkömmlichen Lichtstrahlen eine um ein Vielfaches kleinere Wellenlänge auf und ermöglichen daher eine höhere Auflösung bei Abbildungen von Objekten. Diese Tatsache wird seit Jahren in der Elektronenmikroskopie eingesetzt. Allerdings können Elektronenstrahlen im Gegensatz zu Atomstrahlen leicht zur Zerstörung der abzubildenden Objekte führen.
Das Besondere an Atomlaserstrahlen im Gegensatz zu herkömmlichen Strahlen aus Atomen besteht darin, dass die quantenmechanischen Wellenfunktionen der Atome in einem Atomlaserstrahl alle phasengleich sind. Dieses als Kohärenz bezeichnete Phänomen ist ein wichtiges Merkmal von Lichtlaserstrahlen und ermöglicht deren Einsatz in Hochleistungsmikroskopen, so genannten konfokalen Mikroskopen. Daher ist als Ausgangspunkt für einen Atomlaserstrahl ein Bose-Einstein-Kondensat nötig, welches die Phasengleichheit zwischen den Atomen herstellt.
Stefan Maier
