Elektrische Bremsspur für Moleküle

Donnerstag, 25. Juni 2009, 20:00 • Rubrik Chemie, Physik.

Eine ganz besondere Form von “Ballgefühl” demonstrieren Berliner Forscher im Magazin “Science”. Mit Hilfe elektrischer Felder nehmen sie beinahe überschallschnelle Moleküle im Flug an, balancieren sie einige Zeit in der Luft und schießen sie schließlich auf das Ziel.

Mit bloßem Auge ist der Elektrodenkamm nur als grauer Schleier zwischen den Zuleitungen zu erkennen. Bild: Fritz-Haber-Institut der MPG

Mit dieser Methode könnten chemische Reaktionen und die Struktur von Molekülen deutlich einfacher als bislang untersucht werden, so Gerard Meijer vom Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft. Damit seien die experimentellen Möglichkeiten aber noch nicht erschöpft: “Wir sind zuversichtlich, dass wir mit der Molekülfalle ein ganz neues Forschungsfeld eröffnen.”

Während sich Atome mit Lasern bremsen lassen, werden Moleküle durch Licht meist zusätzlich in Aufruhr versetzt. Meijer und seine Kollegen setzen daher auf elektrische Felder, um polare Moleküle wie Kohlenmonoxid oder Wasser einzufangen. Ihre fünf Zentimeter kurze Molekülfalle besteht aus 1.254 haarfeinen Goldelektroden, die im Abstand von 40 Mikrometern wie die Zinken eines Kamms hintereinander angeordnet sind. An diese Elektroden wird eine sinusförmige Wechselspannung angelegt.

Dabei liegen an den Elektroden abwechselnd positive und negative Potenziale an, zudem besteht jeweils eine Phasenverschiebung von einem Drittel des Schwingungszyklus. Als Resultat bildet sich zwischen je sechs Elektroden ein Minimum des elektrischen Feldes. Diese Minima wandern umso rascher den Kamm entlang, je höher die Frequenz der Wechselspannung ist.

Über den Elektrodenkamm schießen die Forscher nun Kohlenmonoxidmoleküle mit einer Geschwindigkeit von 312 Metern pro Sekunde. Anfangs wandern die elektrischen “Mulden” mit der gleichen Geschwindigkeit, sodass sich die Moleküle gut in ihnen verfangen können. Durch Senken der Frequenz können sie nun bis zum Stillstand abgebremst und durch Erhöhen der Frequenz erneut beschleunigt werden.

Forschung: Samuel A. Meek, Horst Conrad und Gerard Meijer, Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin

Veröffentlichung Science, Vol. 324, 26. Juni 2009, pp 1699-702, DOI 10.1126/science.1175975

WWW:
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft
- Guiding and Decelerating Polar Molecules

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