Wiener Forscher lassen mit Laserpulsen Moleküle gezielt zerbrechen

  • Bei der neuen Methode wird mithilfe eines kurzen Laserpulses ein Molekül - in diesem Fall Butadien - in zwei Bruchstücke zerteilt.
    foto: tu wien

    Bei der neuen Methode wird mithilfe eines kurzen Laserpulses ein Molekül - in diesem Fall Butadien - in zwei Bruchstücke zerteilt.

TU-Wissenschafter fanden Verbindung zwischen Elektronenbewegungen und Bewegungen der Atomkerne in Molekülen

Wien - Mit einer neuen Methode konnten Forscher der Technischen Universität (TU) Wien bestimmte chemische Verbindungen in Molekülen gezielt beeinflussen. Die Wissenschafter setzten dabei auf extrem kurze, maßgeschneiderte Laserpulse, mit denen sich die Elektronen aus größeren Kohlenwasserstoffmolekülen herausreißen ließen. Infolge dessen beginnen sich auch die weit trägeren Atomkerne zu bewegen. Die Wiener Forscher konnten so zeigen, wie durch das gezielte Bewegen bestimmter Elektronen indirekt die Kerne und damit der Bruch einer chemischen Bindung beeinflusst werden können. Ihre Ergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" veröffentlicht.

"Wir sind generell daran interessiert, die Elektronendynamik zu verstehen und gegebenenfalls auch zu kontrollieren - mit Molekülen spielen wir schon lange", erklärt TU-Forscher Markus Kitzler. Was noch nicht verstanden werde, seien die schnellen elektronischen Abläufe bei einer "elementaren chemischen Reaktion", beispielsweise dem Zerbrechen eines Moleküls. Die Wissenschafter am Institut für Photonik der TU sind speziell daran interessiert, was in einem Teilchenverbund passiert, bevor chemische Reaktionen ablaufen, also Bindungen zerbrechen oder gebildet werden.

Hier kommt die Bewegung der Elektronen ins Spiel, die viel schneller abläuft als die Bewegung der etwa 22.000-mal massereicheren Kohlenstoff-Atomkerne. Mit "ganz genau kontrollierten" Laserpulsen mit einer Dauer von nur wenigen Femtosekunden (einem Millionstel einer Milliardstelsekunde) rücken die Forscher den Elektronen zu Leibe.

Dabei können nun bestimmte Elektronen aus dem Molekül herausgerissen und durch das Feld des Laserpulses zum Umkehren gebracht werden. Sie stoßen dann wieder mit dem Molekül zusammen und können dabei zusätzlich noch ein zweites Elektron aus dem Verbund reißen. So entsteht ein doppelt geladenes Molekül, das unter Umständen in zwei einfach geladene Bruchstücke aufbrechen kann.

Gezielter Bruch im Molekül

"Wenn man zwei Elektronen aus dem Molekül nimmt, dann kann es sein, dass es nicht mehr im Gleichgewicht ist und dann fangen sich die Atomkerne ganz automatisch zu bewegen an. Wir haben herausgefunden, dass, auch wenn unsere Laserpulse nur mit den Elektronen sprechen, man am Ende trotzdem ein Molekül gezielt zerbrechen lassen kann", freut sich Kitzler. Man habe also "einen Link zwischen der sehr schnellen Bewegung der Elektronen und der langsamen Bewegung der Kerne gefunden".

Mit dieser Technik konnte das Forschungsteam, an dem auch das Institut für Theoretische Physik der TU beteiligt ist, nun erstmals zeigen, dass bestimmte elementare chemische Reaktionen bei verschiedenen Kohlenwasserstoffmolekülen auch kontrolliert initiiert oder unterdrückt werden können, heißt es in einer Aussendung der TU. (APA/red, derStandard.at, 15.12.2012)

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