Physiker machen erstmals Elektronen-Orbitale in Festkörpern sichtbar

    8. April 2019, 06:00
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    Eine neue Messmethode machte die Abbildung von Elektronen im Objekt möglich

    Forschern in Deutschland ist es erstmals gelungen, elektronische Orbitale in Kristallen sichtbar zu machen. Die sogenannten orbitalen Zustände beschreiben in der Quantenmechanik, wo sich die Elektronen eines Atoms, Moleküls oder Festkörpers wahrscheinlich im Raum aufhalten. Bislang konnte man diese Elektronendichten jedoch nicht mit letztendlicher Sicherheit darstellen.

    Die Kenntnis der orbitalen Zustände ist grundlegend für das Verständnis von chemischen Bindungen und den einhergehenden physikalischen Eigenschaften. Versteht man, wie die komplexen Zusammenhänge funktionieren und wie Verbindungen von Elementarteilchen aufgebaut sind, wird es möglich, diese nachzubilden und beispielsweise neue Materialien mit spezifischen Eigenschaften zu designen.

    Lokale Elektronendichten direkt abbilden

    Die neue Methode, die die lokalen quantenmechanischen Objekte in Festkörpern direkt abbildet und sichtbar macht, haben mehrere Teams von Andrea Severing (Universität zu Köln), Liu Hao Tjeng (Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe) und Maurits Haverkort (Universität Heidelberg) an einer Messstation am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY konzipiert und getestet.

    Hierzu konstruierten die Wissenschafter eine Messstation, mit der man lokale Elektronendichten (die orbitalen Zustände) ohne weitere mathematische Auswertungen direkt abbilden kann. Dies ist ihnen anhand von Nickel-Ionen (Ni2+) in Nickeloxid (NiO) gelungen, wie sie im Fachjournal "Nature Physics" berichten. (red, 8.4.2019)

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