15.06.2015

Universität Kassel

Moleküle auf Knopfdruck: Forschungsgruppe kontrolliert erstmals Zusammenschluss von Atomen

Es ist die Rede von einem „Meilenstein“: Einer deutsch-israelischen Forschungsgruppe ist es erstmals gelungen, die Bildung einer Bindung zweier Atome gezielt zu steuern. Beteiligt waren Prof. Dr. Christiane Koch und Dr. Wojciech Skomorowski von der Universität Kassel. Das Forschungsergebnis wurde jetzt im renommierten Fachjournal Physical Review Letters veröffentlicht.

Die Forschungsgruppe beschoss dafür Magnesium-Atome mit Femtosekunden-Lasern – das sind Laser, die extrem kurze Lichtimpulse aussenden und über eine sehr hohe Lichtstärke verfügen. Jeweils zwei Magnesium-Atome verbanden sich unter diesem Beschuss zu Mg2-Molekülen. Das Neuartige: Den Physikerinnen und Physikern gelang es, die Ausbeute der Mg2-Moleküle über den Lichtimpuls zu steuern. Schossen die Wissenschaftler einen Lichtimpuls ab, dessen Frequenz sich in seiner extrem kurzen Zeit erhöhte („Chirp“), bildeten sich fünfmal so viele Mg2-Moleküle wie ohne diese Frequenzsteigerung. Umgekehrt konnten die Wissenschaftler mit einem negativen Chirp, also einer nachlassenden Frequenz, die Ausbeute senken.


„Chemisches Montageband“
Nach einem solchen Mechanismus wurde lange gesucht. Der Herausgeber der Physical Review Letters, die American Physical Society, hob die Veröffentlichung daher mit einer gesonderten Würdigung auf seinem Online-Portal 'Physics' hervor. Während die Aufspaltung von Molekülen durch Laser inzwischen mehrfach gelungen sei, heißt es darin, habe die Physik an der Steuerung von Atom-Verbindungen seit 30 Jahren gearbeitet. Der Erfolg könne – zusammen mit ähnlichen Mechanismen – letztlich zu einem „chemischen Montageband“ führen, „an dem Laser molekulare Stücke zu einem gewünschten Endprodukt spalten und zusammenschweißen“.

Während die Israelis aus Haifa die Experimente durchführten, lieferten Prof. Koch und Dr. Skomorowski sowie ein Kollege aus Jerusalem die theoretische Grundlage für das Phänomen. Mit dem so entwickelten Modell konnten die Experimente verfeinert und die Ausbeute an Mg2-Molekülen weiter gesteigert werden. „Unsere Ergebnisse sind ein Meilenstein auf dem Weg zur Kontrolle von molekularen Bindungen“, erklärte Prof. Koch. „Wir zeigen, dass die Form des Laserpulses Übergänge zwischen verschiedenen quantenmechanischen Schwingungszuständen des neu gebildeten Moleküls und damit das beobachtete Signal beeinflusst.“

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