Nachweis für Plasmo-Emission gelungen

Schema des äußeren photoelektrischen Effekts: Bei Bestrahlung mit kurzwelligem Licht werden aus der Oberfläche Elektronen herausgelöst.

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Bestrahlt man eine Oberfläche mit Licht ausreichend hoher Energie, so werden Elektronen freigesetzt. Das ist die grobe Erklärung des Photoelektrischen Effekts, für dessen – zugegeben detailliertere – Beschreibung Albert Einstein 1921 den Nobelpreis erhielt. Physiker der Universität Duisburg-Essen (UDE) in Kooperation mit den Universitäten Stuttgart und Melbourne (Australien) haben nun bewiesen, dass dieser Effekt auch durch Elektronenwellen ausgelöst werden kann. Dafür prägten sie den neuen Begriff „Plasmo-Emission“.

Ein Plasmon ist eine Elektronenwelle, die sich auf einer Oberfläche fast mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Physiker Daniel Podbiel, damals Masterstudent aus der Arbeitsgruppe von Professor Frank Meyer zu Heringdorf hat mit einem ultrakurzen Laserpuls gleich zwei dieser Elektronenwellen gestartet und von den gegenüberliegenden Seiten einer Goldoberfläche aufeinander zulaufen lassen. Wie bei Wellen in Wasser treffen sich die Elektronenwellen in der Mitte und addieren sich dort zu besonders hohen Bergen und tiefen Tälern.

Dieses Interferenzfeld haben die Wissenschaftler mittels Elektronenmikroskop genauestens analysiert. Dabei stellten sie fest, dass Elektronen durch drei verschiedene Ereignisse freigesetzt werden können: durch Licht allein, nur durch Plasmonen oder durch eine Kombination aus beidem.

„Unsere Analysetechnik kann Ereignisse im räumlichen Abstand von wenigen Nanometern unterscheiden“, erklärt Podbiel. „Parallel kann sie zeitliche Unterschiede von unter einer Femtosekunde erkennen, das ist weniger als eine billiardstel Sekunde.“ So konnten die Wissenschaftler die auslösenden Faktoren für austretende Elektronen klar unterscheiden – und die rein Plasmonen-vermittelte Emission beweisen. Außerdem konnten sie zeigen, dass bis zu fünf Plasmonen an der Freisetzung eines Elektrons beteiligt waren: Je größer die Anzahl der auslösenden Plasmonen, desto höher die Energie des austretenden Elektrons.

„Wir müssen die theoretische Beschreibung des Effekts nun alle neu überdenken“, so Podbiel. Als Grundlage dafür wurden die Ergebnisse jetzt im Fachmagazin „Nano Letters“ veröffentlicht.

Quelle: Universität Duisburg-Essen (idw)