„Atomares Laserschweißen“

Einer deutsch-israelischen Forschungsgruppe ist es erstmals gelungen, die Bildung einer Bindung zweier Atome gezielt zu steuern. Beteiligt waren Christiane Koch und Wojciech Skomorowski von der Universität Kassel. Die Forschungsgruppe beschoss dafür Magnesium-Atome mit Femtosekunden-Lasern, die extrem kurze Lichtimpulse aussenden und über eine sehr hohe Lichtstärke verfügen. Jeweils zwei Magnesium-Atome verbanden sich unter diesem Beschuss zu Mg₂-Molekülen.

Das Neuartige: Den Wissenschaftlern gelang es, die Ausbeute der Mg₂-Moleküle über den Lichtimpuls zu steuern. Schossen die Wissenschaftler einen Lichtimpuls ab, dessen Frequenz sich in seiner extrem kurzen Dauer erhöhte („Chirp“), bildeten sich fünfmal so viele Mg₂-Moleküle wie ohne diese Frequenzsteigerung. Umgekehrt konnten die Wissenschaftler mit einem negativen Chirp, also einer nachlassenden Frequenz, die Ausbeute senken.

Nach einem solchen Mechanismus wurde lange gesucht. Während die Aufspaltung von Molekülen durch Laser inzwischen mehrfach gelungen ist, hat die Physik an der Steuerung von Atom-Verbindungen seit dreißig Jahren gearbeitet. Der Erfolg könne – zusammen mit ähnlichen Mechanismen – letztlich zu einem „chemischen Montageband“ führen, „an dem Laser molekulare Stücke zu einem gewünschten Endprodukt spalten und zusammenschweißen“.

Während die Kollegen aus Haifa die Experimente durchführten, lieferten Christiane Koch und Wojciech Skomorowski sowie ein Kollege aus Jerusalem die theoretische Grundlage für das Phänomen. Mit dem so entwickelten Modell ließen sich die Experimente verfeinerern und die Ausbeute an Mg₂-Molekülen weiter steigern. „Unsere Ergebnisse sind ein Meilenstein auf dem Weg zur Kontrolle von molekularen Bindungen“, erklärte Koch. „Wir zeigen, dass die Form des Laserpulses Übergänge zwischen verschiedenen quantenmechanischen Schwingungszuständen des neu gebildeten Moleküls und damit das beobachtete Signal beeinflusst.“

U. Kassel / DE