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Der Einsatz von ultrakurzen Laser-Pulsen reicht von Medizin über Nanotechnologie bis zur schonenden Reinigung von Papier. Lesen Sie hier eine Zusammenfassung der Antrittsvorlesung von Wolfgang Kautek vom 28. April 2005.

Die schnellsten Microchips takten bereits in weniger als Milliardstel Sekunden (Nanosekunden) oder 0,000 000 001 Sekunden. Laser-Licht kann noch um viele Größenordnungen schneller gepulst werden! Einer der schnellsten Laser der Welt ? eine Wiener Entwicklung ? ist noch um sechs Größenordnungen schneller. Er kann extrem intensive Infrarot-Strahlungs-Pulse von wenigen Femtosekunden abgeben, das sind Billiardstel Sekunden oder 0,000 000 000 000 001 Sekunden. Solche Lichtpulse enthalten nur mehr wenige elektromagnetische Schwingungen und die Farbe ist nicht mehr definiert ? aus infrarotem Licht ist weißes Licht entstanden. Bearbeitung von Spezialgläsern Mit solcher Strahlung habe ich mit meinem Berliner Team schon vor beinahe zehn Jahren erste Bearbeitungen von Spezialgläsern durchgeführt. Nach ersten Hinweisen aus dem Göttinger Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie Anfang der 1990er Jahre unternahm ich mit meinen Mitarbeitern mit einem neu aufgebauten 300Femtosekunden-Laser-System die erste Bearbeitung von menschlichen Hornhäuten und Zähnen, aber auch diversen technischen Werkstoffen. Es stellte sich heraus, dass die thermische Schädigung der Materialien sich auf wenige 10 Nanometer beschränkte und sogar transparente Materialien, wie z.B. Jenaer Glas, sichtbares Licht stark absorbierten. Somit konnte jedes Material unabhängig von seinen optischen Eigenschaften präzise bearbeitet werden. Geordnete Nano-Strukturen In jüngster Zeit stellt sich heraus, dass feste Materie durch die enormen Photonendichten in einem so genannten "nicht-thermischen" Schmelzvorgang nur für wenige Femtosekunden plastisch wird, was ausreicht, dass sich die Oberflächenregionen selbst zu neuen periodischen Nano-Strukturen reorganisieren. Solche "Self-Assembling"-Prozesse stellen ein Prinzip dar, mit dem die Natur geordnete Nano-Strukturen bildet. Physik versus Chemie In der Nanotechnologie stehen sich deterministische physikalisch geprägte "Top-Down"- und statistische chemisch geprägte "Bottom-Up"-Strukturierungsstrategien der Materie konkurrierend, aber auch synergistisch gegenüber. "Top-down" konnten elektrochemische Rasterprobentechniken zur Herstellung bislang unerreichter Nanodot-Strukturen von wenigen Nanometern eingesetzt werden. Dabei konnte gezeigt werden, dass solche null-dimensionalen ? sonst extrem instabilen ? Nanostrukturen in einem elektrochemischen System stabilisiert werden können ? ein technologisch extrem wichtiger Aspekt. "Bottom-Up" dagegen wurden Nanostrukturen unter anderem in kristallinen Protein-Schicht-Templaten erzielt. Die Selbstorganisation dieser biogenetischen geordneten Protein-Schichten konnten durch elektrochemische Manipulation kontrolliert werden. Solche Prozesse sind von Bedeutung bei der Herstellung von Biosensoren, z.B. zur Diagnostik von Krebsantikörpern, oder aber bei der Erforschung der Biomineralisation, d.h. der Knochenbildung. Biomaterial Papier und Pergament schadensfrei reinigen Eines der wichtigsten Biomaterialien, auf der die Tradierung unseres kulturellen und technischen Wissens beruht, ist das Papier und das Pergament. Diese beruhen auf den Biopolymeren Zellulose und Collagen. Bereits Anfang der 1990er Jahre konnte ich mit meiner Arbeitsgruppe zeigen, dass der gezielte Einsatz von kurzen Laser-Pulsen diese wohl empfindlichsten Werkstoffe, die einer Laserstrahlung unterworfen werden können, schadensfrei gereinigt werden können. Damit wurde ein innovativer Weg aufgezeigt, traditionelle Papierrestaurierung auf der Basis von mechanischen Kratz-, Radiergummi- und Lösungsmittelmethoden zumindest teilweise zu ersetzen. Neben der intelligenten Wahl der Wellenlänge der Laser-Strahlung führte auch die unerreichte Präzision des zum "kontaktlosen" Radiergummi gewordenen Laserstrahls zu völlig neuen Möglichkeiten der Pflege von Kulturgütern. Als Materialwissenschaftler mit langjähriger Forschungs- und Industrieerfahrung auf dem Gebiet der Femtosekunden-Laser-Materialbearbeitung und den elektrochemischen Nanotechnologien trete ich an, um ultraschnelle Phänomene und Nano-Strukturen in das Gebiet der Grenzflächenforschung einzubringen. Dabei kommt der elektrifizierten Grenzfläche Fest/Fluidphase eine besondere Bedeutung zu, da dies die Bedingung belebter Materie darstellt. Das methodische Repertoire kommt diesen Aufgaben entgegen, indem ultraschnelle laser-optische und elektrochemische Manipulation solcher Systeme verzahnt werden. Eine langjährige Kooperation mit Biologen auf dem Gebiet der Nanomaterialien und Medizinern auf dem Gebiet der Ophthalmologie und Dermatologie soll intensiviert werden. Die Antrittsvorlesung "Ultrakurze Laser-Pulse zwischen Nanotechnologie, Life Science und Kunst" fand am Donnerstag, 28. April 2005 um 17 Uhr im Kleinen Festsaal der Universität Wien statt. Lesen Sie hier einen Artikel über Wolfgang Kauteks Forschung: "Auf den Punkt gebracht"