Helle Ionenstrahlen aus kalten Atomen
Laserkühlung und -Trappping haben die Atomphysik revolutioniert und eröffnen Ausblicke unter anderem auf neue Arten von Materie. Die Fortschritte in diesem Bereich spiegeln sich in den beiden Nobelpreisen wider, die 1997 und 2001 für ultrakaltes Plasma und Bose-Einstein-Kondensate vergeben wurden. Der entscheidende Faktor für diesen Fortschritt war die Fähigkeit, extrem kalte Atome zu produzieren und ihr Verhalten bei Raumtemperatur zu kontrollieren. Laserkühlung kann die Geschwindigkeit von umherflitzenden Atomen deutlich reduzieren. Das von der EU finanzierte Projekt COLDBEAMS (Ultra-cold gas for the production of a bright electron and monochromatic ion source) führte Forscher aus unterschiedlichen Kompetenzfeldern zusammen: Herstellung von fokussierten Ionenstrahlen, Laserkühlung und Manipulation von neutralen Atomen. Ihr Ziel war es, neue Elektronen- und Ionenquellen auf der Basis von lasergekühlten Atomen zu entwickeln. Die Forscher verwendeten lasergekühlte Atome, um hochhelle fokussierte Strahlen von Ionen zu erzeugen. Laserkühlung und -Trapping können auch anderen Bereichen als der Atomphysik zugutekommen, unter anderem der Nanowissenschaft, bei der fokussierte Ionenstrahlen zur Vorbereitung von Proben für die Elektronenmikroskopie und zur Untersuchung von Materialoberflächen verwendet werden können. Das Ergebnis war die Entwicklung eines hellen kollimierten Strahls von Cäsiumatomen, die gekühlt von einer magnetooptischen Falle gefangen wurden. Dieses neu entwickelte System demonstriert erfolgreich die Verwendung von kalten Atomen für fokussierte Ionenstrahlen für sowohl Ionen- als auch Elektronenstrahlen sowie für Bildgebungs- und Fräsanwendungen. COLDBEAMS demonstrierte auch die Möglichkeit, Ionenbündel mit einer vorgegebenen Ladungsmenge und kontrollierten dynamischen Eigenschaften herzustellen. Vorläufige Ergebnisse wurden in dem Magazin Physical Review A in einem Artikel mit dem Titel "High-flux monochromatic ion and electron beams based on laser-cooled atoms" veröffentlicht. Die Projektergebnisse werden zu wissenschaftlichen und technologischen Fortschritten in vielen Disziplinen beitragen, von der Physik über die Chemie bis hin zur Biologie.
Schlüsselbegriffe
Elektronenmikroskopie, ultrakalte Atome, fokussierte Ionenstrahlen, Laserkühlung, COLDBEAMS
