Beschwingte Moleküle

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.

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