Fullerene am Lichtgitter

Oder: Höchste Experimentierkunst!

 

Es gibt auch Experimente zur Beugung von Fullerenen an stehenden Lichtwellen, die als Phasengitter verwendet werden: Das elektrische Feld der Lichtwelle induziert ein elektrisches  Dipolmoment in den Fulleren-Molekülen, die sich dadurch an den Knoten und Bäuchen der  stehenden Welle auf verschiedenem Potential befinden, was eine Phasenverschiebung der Materiewelle bewirkt. Etwas genauer: die Phase variiert mit P*cos(xg)^2, wobei P die Lichtleistung ist und xg die Gitterkoordinate. 
Besonders interessant an diesen Experimenten ist die Möglichkeit, das Hauptmaximum (die 0-te Ordnung) zu unterdrücken, indem man die Intensität der Lichtwelle passend wählt. Die nebenstehende Animation zeigt das Beugungsbild von C60 (v=120m/s) an einem grünen (514/2nm) Lichtgitter, wenn die Lichtleistung von 2 bis 40W verändert wird (Detektorposition x in µm, Abstand Gitter - Detektor 1,2m). Dabei wurden die Hochwerte mit (1+P/2) multipliziert, um die Kurven in vergleichbarer Höhe zu halten. 
In einer Maple-Animation sieht das relativ einfach aus. Aber in realen Experimenten muss man u.a. dafür sorgen, dass die Apparatur während der Messung um weniger als 1µm driftet (und auch mit dieser Genauigkeit justiert ist): Höchste Experimentierkunst! 
Anm.: In den realen Versuchen (s.u. Quelle) wurde in der stehenden Lichtwelle eine maximale Leistung von 9.5W verwendet. 

Quelle:
Olaf Nairz, Björn Brezger, Markus Arndt and Anton Zeilinger:
"Diffraction of Complex Molecules by Structures Made of Light",
Phys. Rev. Lett. 87, 160401 (2001).

'Moderne Physik mit Maple '

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