von DIRK EIDEMÜLLER
Ultraviolette Strahlung ist vor allem aus dem Sonnenlicht bekannt, da sie die Haut schneller altern lässt und sogar Hautkrebs verursachen kann. Als hochenergetische Strahlung wird sie zudem zum Abtöten von Keimen eingesetzt. Doch seit ein paar Jahren rücken die besonderen Eigenschaften von ultravioletter (UV-)Strahlung auch in den Fokus der Materialwissenschaften: Da sie eine deutlich kürzere Wellenlänge als sichtbares Licht besitzt, würde es durch sie zum einen möglich, Material auf kleineren Skalen zu bearbeiten und zu untersuchen. Zum anderen können damit aber auch kürzere Lichtpulse erzeugt werden, da die einzelnen Schwingungen der UV-Wellen weniger Zeit benötigen.
Mit ultrakurzen UV-Pulsen, die nur wenige sogenannte Attosekunden andauern, wollen Forscher künftig extrem schnelle Prozesse in neuartigen elektronischen Materialien untersuchen. Das könnte etwa die Entwicklung von leistungsfähigeren Mikrochips oder effizienteren Solarzellen ermöglichen. Denn eine Attosekunde ist extrem kurz: Sie entspricht gerade einmal einem Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Damit werden blitzschnelle Vorgänge in den Materialien sichtbar, die den Forschern zuvor verborgen geblieben sind.
Kleine Wellenlänge, große Auflösung
Die höchste erzielbare Auflösung eines Mikroskops ist nach dem Gesetz von Ernst Abbe durch die halbe Wellenlänge gegeben. Das heißt: Damit zwei Punkte unter dem Mikroskop noch voneinander unterscheidbar sind, darf die Wellenlänge des verwendeten Lichts höchstens doppelt so lang sein wie die Distanz zwischen den Punkten. Deshalb ist extreme UV-Strahlung eigentlich gut geeignet, um kleine Strukturen aufzulösen: Ihre Wellenlänge liegt deutlich unterhalb von 100 Nanometern, sodass Objekte unterscheidbar werden, die weniger als 50 Nanometer (50 Milliardstel Meter) voneinander entfernt sind. Zum Vergleich: Normales Licht hat eine Wellenlänge von einigen Hundert Nanometern.
„Allerdings gibt es bislang keine wirklich scharf fokussierenden Optiken für UV-Strahlung“, sagt Martin Schultze, Professor für Experimentalphysik an der Technischen Universität Graz. „Das liegt daran, dass erstens fast alle Materialien einen Brechungsindex von ungefähr eins im UV-Bereich haben. Sie unterscheiden sich also kaum von Luft. Und zweitens wird UV-Strahlung in allen Materialien stark absorbiert.“ Aus diesem Grund kann man nicht wie bei einem herkömmlichen Lichtmikroskop konvexe oder konkave Glaslinsen für UV-Licht bauen, um den Strahl zu fokussieren oder aufzuweiten. Nur mit neuen Optiken kann es gelingen, das Potenzial der UV-Strahlung für hochauflösende Bilder von ultraschnellen Prozessen zu nutzen.
