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Deutsche Physikerin erhält österreichischen Preis für Messtechnologie

Birgitta Schultze-Bernhardt aus Erlangen erhält hochdotierten Wissenschaftspreis für ihre Arbeit an einer Messmethode, die auf Frequenzkämmen basiert.

Elektronische Fingerabdruckspektroskopie (ELFIS) nennt sich das neue Messverfahren, das Birgitta Schultze-Bernhardt nun im Rahmen des START-Programms des Fonds zur Förderung wissenschaftlicher Forschung (FWF) weiterentwickeln möchte. Ziel ist es, lichtinduzierte chemische Reaktionen zu untersuchen, die zum Beispiel durch das ultraviolette Licht der Sonne in atmosphärischen Spurengasen ausgelöst werden. Das Verständnis über fotochemische Prozesse in der Atmosphäre kann die Grundlage sein für erfolgreiche Maßnahmen gegen den Klimawandel.

Die START-Auszeichnung zählt zu den höchstdotierten Wissenschaftspreisen Österreichs und wird einmal pro Jahr vom FWF vergeben. Der Preis ist mit 800 000 bis zu 1,2 Millionen Euro dotiert und soll jungen Spitzenforschenden die Möglichkeit geben, ihre Forschungen in den nächsten sechs Jahren finanziell weitgehend abgesichert zu planen. In diesem Jahr gingen vier von sieben START-Preisen an die TU-Austria-Universitäten TU Wien (2 Auszeichnungen), TU Graz und Montanuniversität Leoben.

Die Wissenschaftlerin, die seit Mai 2019 am Institut für Experimentalphysik sowie am Institut für Materialphysik der TU Graz forscht und zuvor die Nachwuchsgruppe ‚Ultraviolette Dualkammspektroskopie‘ am Institut für Angewandte Physik der Friedrich-Schiller-Universität Jena leitete, möchte mit Hilfe des START-Preises die Messmethode nun Schritt für Schritt in den UV-Bereich ausdehnen.

UV-Frequenzen regen nicht nur Molekülschwingungen, sondern auch Elektronen an. „Und Elektronen sind maßgebend für jede chemische Bindung“, erklärt Schultze-Bernhardt. Allerdings bräuchte es für solche Untersuchungen einen Laser, der direkt im UV-Bereich emittiert und den gibt es noch nicht. „Wir behelfen uns daher mit lichtlinearen Prozessen, um das Licht einer besonders starken Laserquelle in diesen hochenergetischen Bereich zu verschieben und zwei UV-Frequenzkämme zu erzeugen. Mit anderen Worten: Wir wandeln infrarotes Licht in ultraviolettes Licht um“, so Schultze-Bernhardt. Erste Versuche dazu waren bereits erfolgreich.

Dualkammspektroskopie

Herzstück von ELFIS ist die Kombination zweier Frequenzkämme. Ein optischer Frequenzkamm entsteht, wenn ein Laser (meist im Infrarotbereich arbeitend) in konstanten Abständen ultrakurze Laserpulse mit gleichzeitig unterschiedlichen Farbfrequenzen emittiert. Optisch ähnelt dieses Bild einem Kamm – jeder Zinken steht für eine optische Frequenz. Erfunden wurde dieses Werkzeug von Theodor Hänsch, der dafür 2005 den Nobelpreis für Physik erhielt.

Hänsch war Schultze-Bernhardts Doktorvater am Max-Planck-Institut für Quantenoptik, wo sie sich von 2006 bis 2012 mit der Dualkammspektroskopie beschäftigte. Bei diesem spektroskopischen Verfahren werden die Frequenzkämme durch eine Materialprobe geschickt; die Moleküle im Inneren des Materials absorbieren die Frequenzkammzinken unterschiedlich stark. Das Ergebnis ist eine Art Fingerabdruck, der Aufschluss über die chemischen Komponenten der Probe und ihre optischen Eigenschaften gibt.

von mg

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