Funkensprung im Atommaßstab: Physiker haben erstmals beobachtet, wie ein winziger Lichtfunke von einem Atom zum anderen überspringt – in weniger als einer Billionstel Sekunde. Damit ist es ihnen erstmals gelungen, eine Quantenversion des Funkenexperiments von Heinrich Hertz nachzuweisen – und Elektronen beim Tunneln einzufangen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, in bisher nicht auflösbare Maßstäbe der Mikroskopie und Atombeobachtung vorzudringen, wie das Team in „Nature“ berichtet.
Vor fast 150 Jahren beobachtete Heinrich Hertz, wie ein Funke zwischen zwei geladenen Metallkugeln übersprang und dabei einen zweiten Funken zwischen zwei nicht verbundenen, ein Stück entfernten Metallkugeln auslöste – offenbar gab es eine drahtlose Übertragung von elektromagnetischen Wellen. Dies revolutionierte die Kommunikationstechnik und lieferte die Basis für Radio und Funk.
Einen ganz ähnlichen Prozess gibt es auch im atomaren Maßstab: Auch dort können Interaktionen von Elektronen eine Art Funken zwischen zwei Atomen überspringen lassen – so die Theorie. Doch einen solchen extrem kurzen und kleinen Quantenfunken zu beobachten, ist alles andere als leicht. „Die Hertzsche Emission von einer Handvoll Elektronen pro Schwingungszyklus des Lichts nachzuweisen, klang zunächst wie Mission Impossible“, sagt Erstautor Tom Siday von der Universität Regensburg.
Mit atomfeiner Spitze und Terahertz-Pulsen
Um dies zu schaffen, benötigt man eine Methode, die sowohl räumlich wie zeitlich eine extrem hohe Auflösung hat. Dafür entwickelten die Physiker um Siday ein spezielles Mikroskop, das die präzise Ortsauflösung eines Rastersondenmikroskops mit einer rein optischen Signalmessung kombiniert. „Elektronik ist phänomenal empfindlich, aber zu langsam, um den lichtwellengetriebenen Quantenfunken direkt zu verfolgen. Deshalb muss man die Schwingungen des emittierten Lichts direkt beobachten“, erklärt Seniorautor Rupert Huber von der Universität Regensburg.
