Molekulares Kugellager aus Bor erzeugt

4. Jänner 2017, 06:00
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Deutsche Forscher wiesen theoretisch vorhergesagte Eigenschaft eines Moleküls aus zwei konzentrischen Bor-Ringen nach

Leipzig – Deutschen Forschern ist es gelungen, ein molekulares Kugellager zu erzeugen und dessen Beweglichkeit spektroskopisch nachzuweisen. Für die in "Angewandte Chemie" vorgestellte Entwicklung haben Wissenschafter des Wilhelm-Ostwald-Instituts für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Leipzig, des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft und des Instituts für Optik und Atomare Physik der Technischen Universität Berlin zusammengearbeitet, wie die Uni Leipzig berichtet.

Den Teams um Thomas Heine und Knut Asmis gelang der erste spektroskopische Nachweis der außergewöhnlichen Dynamik des aus reinem Bor bestehenden Moleküls. "Es war aus massenspetrometrischen Messungen schon länger bekannt, dass genau dreizehn Boratome eine besonders stabile Verbindung, einen sogenannten magischen Cluster, eingehen können", sagt Asmis. Dessen Struktur ist eben und besteht aus zwei konzentrisch angeordneten Ringen: einem inneren Ring aus drei Bor-Atomen und einem äußeren zehnatomigen.

Auf die Theorie folgt die Praxis

Heine hatte vor einigen Jahren theoretisch voraussagt, dass die beiden Ringe sich fast reibungslos gegeneinander verdrehen lassen, ohne dadurch die Gesamtstabilität der Verbindung in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen. "Hier sind die Kugeln Elektronenpaare, die die quasi reibungslose gegenläufige Bewegung der atomaren Ringe ermöglichen."

Auf die theoretische Voraussage folgten nun spektroskopische Untersuchungen am Freien Elektronen Laser am Fritz-Haber-Institut (FHI) in Berlin. "Mit kommerziell erhältlichen Lasern war der Nachweis nicht zu führen, da dies nur mit äußerst intensiver Laserstrahlung in einem ganz bestimmten Wellenlängenbereich möglich ist", sagt FHI-Forscher Wieland Schöllkopf. Durch Messung des Infrarotspektrums und begleitende quantenmechanische Rechnungen aus der Forschungsgruppe um Heine konnte der Nachweis für das molekulare Kugellager erbracht werden.

"Wir erreichen den Punkt, wo Quanteneffekte gezielt für die Funktionalität molekularer Systeme eingesetzt werden können", sagt Heine. "Obschon die Anwendung dieser Ergebnisse noch weit in der Zukunft liegt, versprechen sie ein riesiges Potenzial, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass der Nobelpreis für Chemie in diesem Jahr für Entdeckungen im Bereich der 'Molekularen Maschinen' verliehen wurde." (APA, red, 4. 1. 2017)

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