Photoemission von Elektronen

Mit Hilfe ultrakurzer Laserpulse haben den zeitlichen Ablauf des Photoeffekts an Festkörpern näher erforscht. Die Photoemission von Elektronen ist einer der schnellsten Prozesse in der Natur. Bisher fehlten die geeigneten Beobachtungsmethoden, um den genauen Ablauf in Festkörpern zu beobachten. Inzwischen können Forscher kurzwellige Laserpulse von einer Femtosekunde für ihre Untersuchungen nutzen. Mit solchen Quellen ist es möglich, einzelne Atome zu messen, wann die Elektronen aus ihren verschiedenen Schalen freigesetzt werden. Dabei lassen sich Zeitunterschiede von wenigen Attosekunden bis Trillionstel Sekunden beobachten.

Titanoxid

Strukturaufbau

In Titanoxid, einem Halbleiter, verändert sich die Anordnung von Elektronen und Atomkernen, wenn starkes Laserlicht auf den Titandioxid-Kristall trifft.

Die Physiker schickten einen intensiven, ultravioletten Laserpuls von weniger als fünf Femtosekunden auf den Titandioxid-Kristall

Wenige Femtosekunden nach dem ersten Laserpuls schicken die Physiker einen zweiten, etwas schwächeren Puls auf den Kristall. Dieser wurde an der Oberfläche reflektiert und gibt den Forschern die Veränderungen.

• Das starke Licht des ersten Pulses erhitzt nicht nur die Valenzelektronen, es verändert auch deren Position im Atomgitter. Die Elektronendichte ist in der Umgebung der Sauerstoffkerne verringert und in der Umgebung der Titankerne erhöht. Die Verschiebung des Gleichgewichts bedeutet, dass sich die Ruheposition der Sauerstoffatome relativ zur Ruheposition der Titanatome verschiebt. Die Sauerstoff-Atomrümpfe beginnen zu schwingen.