Forscher filmten ultraschnelle Molekülbewegungen

18. Jänner 2017, 08:00
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Von Schweizer Physikern entwickelte Methode ergänzt bisherige Messmöglichkeiten

Genf/Zürich – Wissenschafter der Uni Genf und der ETH Zürich haben eine Technik vorgestellt, um molekulare Bewegungen zu filmen, die nur Millionstel bis Milliardstel einer Sekunde dauern. Moleküle sind eigentlich stabile Strukturen. Aber wenn sie eines ihrer Elektronen verlieren, müssen sie sich umstrukturieren, um ihre Stabilität wieder zu erlangen.

Verschiedene Änderungen in der Molekülstruktur erlauben es, den Verlust auszugleichen – bis hin zum Abspalten ganzer Atome. "Wir wussten schon, dass es möglich ist, die Bewegung von Atomen in Molekülen zu beobachten", sagte Jean-Pierre Wolf von der Universität Genf. "Wir wollten deshalb eine Methode entwickeln, die uns erlaubt, einen von uns künstlich ausgelösten Stabilitätsverlust eines ausgewählten Moleküls zu filmen – dem Tetrafluorkohlenstoff."

Im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts "MUST" (Molecular Ultrafast Science and Technology) und gemeinsam mit dem Forschungsteam um Hans Jakob Wörner von der ETH Zürich haben die Genfer Forschenden um Wolf Tetrafluorkohlenstoff (CF4) mit ihrer neuen Technik beobachtet. Die Methode beruht auf Röntgenstrahlen.

Abgefilmte Restrukturierung

Dem CF4 Molekül entrissen sie mithilfe eines intensiven Infrarotlasers ein Elektron und filmten die dadurch ausgelöste Restrukturierung. Von den Ergebnissen berichten sie im Fachblatt "Science".

Durch diesen Verlust destabilisiert muss sich das Molekül von einem Fluoratom trennen und wird zu CF3, um sich wieder zu stabilisieren. "Wir haben die Bilder dieser Restrukturierungsbewegung dann anhand von Messungen der Elektronenenergie rekonstruiert und miteinander verglichen", erklärte Wolf. So sei es gelungen, einen Film zu erstellen.

Es gibt weltweit nur drei Forschungsanlagen, die eine so genaue Beobachtung von Molekülen erlauben. Aber diese Maschinen sind sehr teuer und sperrig.

Technik im handlichen Format

Die Forschenden der Uni Genf und der ETH Zürich haben ihre Technik in einem handlicheren und kostengünstigeren Format verwirklicht: Sie kombinierten eine an der ETH entwickelte Lichtquelle für energiearme Röntgenstrahlung mit einem kompakten Lasersystem im Genfer Labor, wie die ETH mitteilte. Die Methode ergänze die bisherigen Messmöglichkeiten, ersetzte sie aber nicht, betonte die Hochschule.

In Zukunft möchten die Wissenschafter damit auch Moleküle in einem dünnen, für Röntgenstrahlen durchlässigen Wasserstrahl vermessen, da sich die meisten chemischen Reaktionen und biologischen Prozesse in der Flüssigphase abspielten. Im aktuellen Experiment untersuchten sie die Moleküle in der Gasphase. So ließen sich Moleküle besonders gut isolieren und unabhängig von Wechselwirkungen mit der Umgebung vermessen, schrieb die ETH. (APA, red, 18.1.2017)

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