Grazer Forscher erschließen neue Molekülklasse

29. Oktober 2014, 14:22
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Ultrakaltes Molekül RbSr aus Rubidium- und Strontiumatomen hergestellt

Graz - Physiker der TU Graz ist es erstmals gelungen, aus Rubidium- und Strontiumatomen das Molekül RbSr experimentell herzustellen. Der mittels suprakalter Helium-Nanotröpfchen geglückte Erfolg sei ein Fortschritt in der ultrakalten Molekülphysik nahe dem absoluten Nullpunkt und erweitere Möglichkeiten der Informationsverarbeitung in der Quantentechnologie, hieß es am Mittwoch von Seiten der TU.

Im Vergleich zu Atomen stehen Molekülen sehr viel mehr Möglichkeiten offen, Energiepakete unterschiedlicher Größe aufzunehmen oder abzugeben. Sie besitzen mehr "Energiefreiheitsgrade", und können noch dazu elektrische und magnetische Dipolmomente besitzen, die gewisse Manipulationen erlauben. Zusätzlich zu den Quanteneigenschaften der einzelnen Teilchen kommt ein besonderer Aspekt zum Tragen, wenn die Teilchen auf sehr niedrige Temperaturen gekühlt werden und aus einer klassischen Wolke von Atomen oder Molekülen ein Quantengas wird.

Neue Eigenschaften, neue Möglichkeiten

Die Erzeugung von atomaren Quantengasen wiederum hat in den vergangenen zwei Jahrzehnten eine Revolution in der Atomphysik ausgelöst. Quantengase bestehen aus extrem gekühlten Atomen, die aufgrund ihrer Wellennatur in einen neuen Materiezustand übergehen. Nahe 0 Kelvin, also minus 273,15 Grad Celsius, haben die Atome gänzlich veränderte Eigenschaften.

"Ihre thermische Bewegung kommt fast zum Stillstand, sie haben 'Wellencharakter' und 'verschmieren' zu einem neuartigen Kollektiv. Das hat von Quantensimulationen bis zu hochpräzisen Messinstrumenten eine Reihe neuer Möglichkeiten mit sich gebracht", erklärte Wolfgang Ernst vom Institut für Experimentalphysik der TU Graz. Die Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal "Physical Review Letters" publiziert.

Als Erfolgsstrategie hat sich die Herstellung ultrakalter Moleküle aus zuvor bereits separat gekühlten Atomen erwiesen. Inzwischen gelingt es Forschergruppen in der ganzen Welt, derartige zweiatomige Moleküle aus verschiedenen Alkalimetallatomen zu erzeugen. Diese lassen sich über das elektrische "Ungleichgewicht" oder Dipolmoment, das alle aus unterschiedlichen Atomen zusammengesetzten, zweiatomigen Moleküle besitzen, gezielt adressieren und können somit eine gewünschte Reihe von Reaktionen auslösen.

Neue Molekülklasse

Noch mehr Steuerungsmöglichkeiten gäbe es allerdings, wenn sich die Moleküle auch magnetisch "kontrollieren" ließen, wie es sich die Grazer Forscher zur Aufgabe stellten. Ernst und sein Team haben einen Weg gefunden und einzelne Rubidium- und Strontiumatome auf kalten supraflüssigen Heliumnanotröpfchen isoliert. "Ganz auf sich alleine gestellt, finden die Atome in einer solchen Umgebung unweigerlich zueinander", so der Physiker.

Diese neue Molekülklasse wurde von den Forschern der TU Graz anschließend mit unterschiedlicher Laseruntersuchungen vermessen. Parallel dazu führten sie quantenmechanische Berechnungen durch. Sie konnten dadurch verschiedene elektronische Zustände des neuen Moleküls einordnen und Details über die innermolekularen Wechselwirkungen ermitteln. (APA/red, derStandard.at, 29. 10. 2014)

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