19.04.2018

Beschwingte Moleküle

Einfluss eines äußeren Kraftfelds auf molekulare Schwingungen bestimmt.

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines äußeren Kraft­feldes durch die Spitze eines Raster­sonden­mikroskops auf die Schwingungen eines Kohlen­stoff­monoxid­moleküls unter­sucht, welches an eine Kupfer­ober­fläche gebunden ist. Die Messungen wurden am Institut für Experimentelle und Angewandte Physik an der Universität Regens­burg durchgeführt.

Abb.: Eine von oben sich nähernde Abtast­spitze verändert die Schwingungs­frequenz des Moleküls und ermöglicht Rück­schlüsse auf die genauen Bindungs­kräfte. (Bild: N. Okabayashi)

Die Wissenschaftler nutzten bei ihren Versuchen eine Kombination dreier Verfahren, der Raster­tunnel­mikro­skopie, die Tunnel­spektroskopie und die Kraft­mikroskopie. Die Versuche fanden im Utrahochvakuum bei -269 Grad Celsius nur knapp über dem absoluten Nullpunkt statt.

Das Kohlenmonoxid-Molekül oszilliert auf der Oberfläche ähnlich wie ein auf den Kopf gestelltes Pendel. Die Molekül­schwingungen liefern wichtige Informationen über den Charakter der Bindung des Moleküls zur Ober­fläche, welche für technologisch wichtige Prozesse wie Katalyse und atomares Schicht­wachstum wichtig sind. Wie erwartet hat die Kraft, die die Spitze des Mikroskops auf das Molekül ausübt, die Schwingungs­frequenz verändert – anziehende Kräfte erhöhen die Frequenz, abstoßende verringern sie.

Die Daten verrieten aber auch, dass sich die Bindung des Kohlen­monoxid-Moleküls unter der Zug­kraft der Spitze abschwächt. Damit konnten die Forscher auch direkt beobachten, wie eine chemische Bindung unter der Zug­kraft eines neuen Bindungs­partners schwächer wird. Die Beobachtung ist wichtig, weil häufig vor der Bildung einer chemischen Bindung bestehende Bindungen aufgebrochen werden müssen.

U. Regensburg / DE

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