Lichtgesteuerte Molekülveränderungen verstanden

Computersimulationen eröffnen Weg zum gezielten Design von Nano-Instrumenten.

Lichtinduzierte Molekülveränderungen werden bereits in technischen Anwendungen wie LCD-Displays und Speichermedien genutzt. Um ihre Effizienz zu steigern, ist ein genaues Verständnis der Vorgänge auf molekularer Ebene notwendig, das bisher unvollständig war. Theoretische Chemiker und Physiker der Ruhr-Universität Bochum und vom King’s College London haben jetzt mit Computersimulationen den genauen Ablauf lichtinduzierter Molekülveränderungen nachvollzogen und Einblicke in die Details des Umschaltprozesses gewonnen.

Sie eröffnen die Möglichkeit eines gezielten chemischen Designs von Licht-kontrollierbaren nanotechnologischen Instrumenten.

Lichtfarbe lässt das Molekül umschalten

Gegenstand der Computersimulation auf Basis der Gesetze der Quantenmechanik war chemisch verändertes Azobenzol. Das Azobenzol-Molekül kann zwei verschiedene Formen einnehmen und zwischen ihnen wechseln – ausgelöst von der Bestrahlung mit Licht in verschiedenen Farben. Die Forscher ließen den Umschaltprozess zwischen den beiden möglichen Molekülformen im Detail im Computer ablaufen und erzielten so einmalige Einblicke in atomarer Auflösung. "Für alle Anwendungen ist es bedeutend, dass der lichtinduzierte Umschaltprozess schnell und effizient abläuft", erklärt Marcus Böckmann. "In letzter Zeit haben Experimente gezeigt, dass bestimmte chemische Veränderungen von Azobenzol diesen Prozess wesentlich verbessern können." Bislang waren die Gründe für diese Verbesserungen allerdings nicht verstanden. Die Computersimulation konnte nun erstmals die Ergebnisse der Experimente erklären. "Wir konnten einen klaren Zusammenhang zwischen der Struktur und den Umschalteigenschaften des Moleküls belegen", berichten die Forscher. Das ist ein entscheidender Schritt hin zum gezielten chemischen Design von Azobenzol-basierten lichtgetriebenen nanotechnologischen Instrumenten und somit der Entwicklung von verbesserten lichtgesteuerten Materialien.

Ruhr-Universität Bochum

PH