Der Grundgedanke des Verfahrens ist vergleichsweise einfach: Wird ein festes Material gezielt mit Fremdatomen verunreinigt, kann man durch die Wechselwirkung des manipulierten Atoms mit seiner Umgebung viel über den Festkörper selbst erfahren. Weil sich dieser Vorgang auf atomarer Ebene abspielt, sprechen Physiker auch von der Hyperfeinwechselwirkung.
Die Hyperfeinwechselwirkung ist die Wechselwirkung des Atomkerns mit den Feldern seiner Umgebung. Diese Felder werden erzeugt durch die eigene Elektronenhülle und durch die Einflüsse der Kristallumgebung, denn viele Atome sind eben in Kristallen eingebaut,...
...erläutert Dr. Reiner Vianden vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik an der Universität Bonn, die das Symposiums "Hyperfeinwechselwirkung und ihre Anwendungen" organisiert. Es spielt keine Rolle, ob die Forscher ein Magnetfeld von außen künstlich anlegen oder ob sie ohnehin vorhandenen Felder der Elektronenhülle für die Messung nutzen. Entscheidend ist, dass die Atomkerne sich abhängig vom äußeren Magnetfeld räumlich verschieden orientieren. Physiker sprechen in diesem Zusammenhang auch von einer Aufspaltung,...
...und die Aufspaltung kann man messen, entweder durch Einstrahlung von der geeigneten Frequenz von außen, indem man Übergänge zwischen den zuständen induziert, oder man hat die Möglichkeit, dass man instabile Atome implantiert, die dann zerfallen und aufgrund der Strahlung, die sie dabei emitieren, kann man Rückschlüsse auf diese Aufspaltung ziehen.
Ein anders Beispiel betrifft Speichermedien, zum Beispiel blaue Laserdioden für DVD-Rekorder mit hoher Speicherdichte. Diese Dioden enthalten das Material Galliumnitrid. Um die gewünschte Funktion zu erzielen, verunreinigen es die Physiker gezielt mit einigen wenigen Fremdatomen, die sie in das Galliumnitrid schießen. Wie eine Bowling-Kugel, die die Kegel durcheinander wirbelt, stören nun diese Fremdatome das Kristallgitter des Galliumnitrids ebenfalls gewaltig. Um zu wissen, was genau in dem Kristall passiert, setzen Physiker die Fremdatome einer elektromagnetischen Strahlung aus und bekommen aus den Echos Informationen über die unmittelbare Umgebung des Atoms. Mit diesem Verfahren können die Forscher auch Sprengstoff nachweisen. Sie funktioniert so,...
...dass man also Stickstoffatome in einer bestimmten Umgebung sucht, und Stickstoff ist ein unverzichtbarer Bestandteil vieler Sprengstoffe, vor diesen, die man mit anderen Methoden nicht detektieren kann, zum Beispiel Plastiksprengstoffen, und man sucht nun das charakteristische Signal eines Stickstoffatoms in einer bestimmten Umgebung,...
...indem der verdächtige Koffer mit elektromagnetischen Wellen bestrahlt wird. Befinden sich tatsächlich Sprengstoffe, genauer gesagt Stickstoffatome im untersuchten Objekt, hat die als Echo zurückgeworfene Strahlung ein charakteristisches Profil. Nun befindet sich Stickstoff natürlich auch in der Luft, hat aber, da es sich im Vergleich zum Sprengstoff in einer anderen chemischen Verbindung befindet, ein völlig unterschiedliches Verhalten. Störeffekte gibt es deshalb keine. Mit dem Vergleich der Profile lassen sich schnelle Sprengstoffe identifizieren. Gleiches gilt für eine andere Anwendung der Hyperfeinwechselwirkung, die weltweit eine immer größere Bedeutung gewinnt: Die Suche nach Landminen,...
...die ja um das wieder Auffinden schwerer zu machen, manchmal in Plastiksprengkörpern verpackt werden, damit man sie nicht mit Metalldetektoren finden kann, und die sind sehr schwer zu beseitigen, aber wenn man mit dieser Methode rangeht, dann findet man den Stickstoff, der Sprengstoff ist, und kann dann ähnlich wie mit einem Metalldetektor, Landminen finden.
Die Hyperfeinwechselwirkung ist die Wechselwirkung des Atomkerns mit den Feldern seiner Umgebung. Diese Felder werden erzeugt durch die eigene Elektronenhülle und durch die Einflüsse der Kristallumgebung, denn viele Atome sind eben in Kristallen eingebaut,...
...erläutert Dr. Reiner Vianden vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik an der Universität Bonn, die das Symposiums "Hyperfeinwechselwirkung und ihre Anwendungen" organisiert. Es spielt keine Rolle, ob die Forscher ein Magnetfeld von außen künstlich anlegen oder ob sie ohnehin vorhandenen Felder der Elektronenhülle für die Messung nutzen. Entscheidend ist, dass die Atomkerne sich abhängig vom äußeren Magnetfeld räumlich verschieden orientieren. Physiker sprechen in diesem Zusammenhang auch von einer Aufspaltung,...
...und die Aufspaltung kann man messen, entweder durch Einstrahlung von der geeigneten Frequenz von außen, indem man Übergänge zwischen den zuständen induziert, oder man hat die Möglichkeit, dass man instabile Atome implantiert, die dann zerfallen und aufgrund der Strahlung, die sie dabei emitieren, kann man Rückschlüsse auf diese Aufspaltung ziehen.
Ein anders Beispiel betrifft Speichermedien, zum Beispiel blaue Laserdioden für DVD-Rekorder mit hoher Speicherdichte. Diese Dioden enthalten das Material Galliumnitrid. Um die gewünschte Funktion zu erzielen, verunreinigen es die Physiker gezielt mit einigen wenigen Fremdatomen, die sie in das Galliumnitrid schießen. Wie eine Bowling-Kugel, die die Kegel durcheinander wirbelt, stören nun diese Fremdatome das Kristallgitter des Galliumnitrids ebenfalls gewaltig. Um zu wissen, was genau in dem Kristall passiert, setzen Physiker die Fremdatome einer elektromagnetischen Strahlung aus und bekommen aus den Echos Informationen über die unmittelbare Umgebung des Atoms. Mit diesem Verfahren können die Forscher auch Sprengstoff nachweisen. Sie funktioniert so,...
...dass man also Stickstoffatome in einer bestimmten Umgebung sucht, und Stickstoff ist ein unverzichtbarer Bestandteil vieler Sprengstoffe, vor diesen, die man mit anderen Methoden nicht detektieren kann, zum Beispiel Plastiksprengstoffen, und man sucht nun das charakteristische Signal eines Stickstoffatoms in einer bestimmten Umgebung,...
...indem der verdächtige Koffer mit elektromagnetischen Wellen bestrahlt wird. Befinden sich tatsächlich Sprengstoffe, genauer gesagt Stickstoffatome im untersuchten Objekt, hat die als Echo zurückgeworfene Strahlung ein charakteristisches Profil. Nun befindet sich Stickstoff natürlich auch in der Luft, hat aber, da es sich im Vergleich zum Sprengstoff in einer anderen chemischen Verbindung befindet, ein völlig unterschiedliches Verhalten. Störeffekte gibt es deshalb keine. Mit dem Vergleich der Profile lassen sich schnelle Sprengstoffe identifizieren. Gleiches gilt für eine andere Anwendung der Hyperfeinwechselwirkung, die weltweit eine immer größere Bedeutung gewinnt: Die Suche nach Landminen,...
...die ja um das wieder Auffinden schwerer zu machen, manchmal in Plastiksprengkörpern verpackt werden, damit man sie nicht mit Metalldetektoren finden kann, und die sind sehr schwer zu beseitigen, aber wenn man mit dieser Methode rangeht, dann findet man den Stickstoff, der Sprengstoff ist, und kann dann ähnlich wie mit einem Metalldetektor, Landminen finden.