Nanotechnologie: Moleküle schlagen Quantenwellen
Einem internationalen Team von Wissenschaftlern ist es gelungen, den Aufbau eines Interferenzmusters aus einzelnen Farbstoffmolekülen zu filmen.
Forscher um Markus Arndt von der Universität Wien konnten erstmals Interferenzen schwerer Moleküle mit 58 und 114 Atomen beobachten. Die Wissenschaftler filmten die Entstehung eines Interferenzmusters einzelner Phthalocyanin-Moleküle. Dazu ließen die Forscher die hochfluoreszierenden Farbstoffmoleküle durch ein Gitter passieren und auf einen Schirm treffen, wobei sie es mit einem ortsauflösenden Fluoreszenzmikroskop filmten. Die Empfindlichkeit der verwendeten Messinstrumente ist hoch genug, um die nacheinander abgebildeten Moleküle auf dem Schirm mit einer Genauigkeit von etwa zehn Nanometern erfassen zu können.
Abb.: Die Moleküle PcH2 und F24PcH2 zeigen deutlich unterschiedliech Interferenzmuster (a, b), da Diffraktion und Schwerkraft ihr Auftreffen auf dem Schirm unterschiedlich beeinflussen. Die eindimensionalen Diffraktionskurven (c, d) entstanden durch Integration über die Fluoreszenzbilder zwischen den gelben gestrichelten Linien bei Schirmpositionen von –160 bzw. –240 Mikrometern. (Bild: Juffmann et al. / NPG)
Die komplexeren der im Experiment verwendeten Moleküle sind maßgeschneiderte Farbstoffe, die die Gruppe um Marcel Mayor von der Universität Basel und dem KIT synthetisierte. Sie stellen die bislang schwersten Verbindungen in der Fernfeldbeugung dar. Als Blende verwendeten die Wissenschaftler Gitter, die nur 10 Nanometer dünn sind. Diese wurden vom Team um Ori Cheshnovsky an der Universität Tel Aviv hergestellt, der einen fokussierten Strahl von Ionen verwendete, um die erforderlichen Schlitze in eine Membran aus Siliziumnitrid zu schneiden.
Die neu entwickelten Tools erlauben es, Quanteninterferenzexperimente auf immer komplexere Moleküle auszudehnen. Das neue Setup wir unter anderem dafür verwendet, um Van-der-Waals-Kräfte quantitativ zu untersuchen. Dabei handelt es sich um Wechselwirkungen zwischen den Molekülen und dem Gitter, die durch Quantenfluktuationen des Vakuums zwischen ihnen entstehen und einen starken Einfluss auf die beobachteten Interferenzmuster ausüben.
U. Basel / OD
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Der Film zeigt den Aufbau des Interferenzmusters:
