Buckyballs als Gepäckträger
Innsbrucker Ionenphysiker packen bei Weltraumtemperaturen Heliumatome auf die Fußballmoleküle.
Sie lösen sich erst bei Temperaturen von über tausend Grad Celsius oder einem Aufprall von 30.000 Stundenkilometern auf. Ganz im Gegensatz zu ihrem großen „Bruder“, dem Fußball, halten sie extremt viel aus. Um „Buckyballs“ oder „Fullerene“, beinahe kugelförmige Kohlenstoffmoleküle, für neue Technologien weiter zu erschließen, müssen sich Wissenschafter daher Einiges einfallen lassen. Innsbrucker Ionenphysikern ist es nun erstmals gelungen, bei Weltraumtemperaturen Heliumatome auf isolierte, sphärische Fulleren-Moleküle zu packen.
Abb.: Das aus 60 Kohlenstoffatomen bestehende Molekül C60 mit 20 Sechsecken und zwölf Fünfecken wird mit insgesamt 32 Heliumatomen bedeckt. In diesem Zustand ist das Helium auf dem C60 fest. Kommt ein 33stes Heliumatom hinzu, bewegen sich die Heliumatome über Fünfecken von C60 wie in einer Flüssigkeit. In diesem Zustand ist das System fest und flüssig zugleich. (Bild: P. Scheier)
Bei rund minus 270 Grad Celsius (vier Kelvin) bedeckte das Team um Paul Scheier, Vorstand des Institutes für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck und den Fulleren-Experten Olof Echt von der US-Universität New Hampshire, in einer Spezialkammer erstmals die Oberfläche von einzelnen, jeweils aus 60 bzw. 70 Kohlenstoffatomen bestehenden Fußballmolekülen mit 32 bzw. 37 Heliumatomen. „Wir konnten beobachten, wie Helium als „Gepäck“ das Fußballmolekül als „Träger“ verändert. Dabei geschehen Phasenübergänge. Das heißt, die Heliumschicht auf dem Fulleren kann je nach Bedeckung mit Heliumatomen fest und flüssig zugleich sein“, sagen Scheier und Echt.
Diese Physisorption konnten die Forscher massenspektrometrisch präzise überwachen und durch neuartige Modellrechnungen ergänzen. Dabie gelang erstmals die Beobachtung einzelner, kalter sphärischer Nanoteilchen und deren Bedeckung mit Heliumatomen. Die Erkenntnisse könnten helfen die Grundlagen für Astrochemie und Materialwissenschaften besser zu verstehen. Aktuell plant das Team weitere Untersuchungen mit Wasserstoff und Fullerenen.
U. Innsbruck / PH
