Präzise Reaktion durch „Laserskalpell“
Forscher „sezieren“ Moleküle mit Kombination von optischer Pinzette und Ultrakurzpulslasern.
Was passiert, wenn ein ultrakurzer Laserpuls auf ein bestimmtes Molekül trifft? Wenn sich binnen weniger Femtosekunden eine große Menge Energie an einem winzigen Punkt entlädt? Und wie lässt sich dieses dynamische Zusammentreffen von Lichtteilchen und Materie kontrollieren? Theoretische Chemiker um Stefanie Gräfe von der Friedrich-Schiller-Universität Jena haben jetzt gemeinsam mit Kollegen der TU Wien und weiteren internationalen Partnern gehen diesen Fragen nach. Sie haben jetzt ein Verfahren demonstriert, mit dem sich einzelne Moleküle in definierte Produkte zerlegen lassen.
Dazu nutzen die Forscher Ultrakurzpulslaser. Der extrem kurze Lichtblitz von fünf Femtosekunden Dauer löst einen chemischen Prozess aus, dessen Ablauf eigentlich viel länger dauert, ähnlich wie eine sehr kurze Explosion an genau den richtigen Stellen ein großes Gebäude zuerst zum Wanken und nach einer gewissen Zeit schließlich zum Einstürzen bringen kann. „Diese Laser können wir wie ein Sezierbesteck nutzen, um chemische Moleküle in ganz bestimmte Bestandteile zu zerlegen.“
Das haben die Wissenschaftler anhand des einfachen Beispiel-Moleküls Ethin (C2H2) demonstriert: Während sie einen Laser wie eine Pinzette dazu nutzten, die Moleküle in einem Gasstrahl einheitlich zu orientieren, diente ein zweiter Laserpuls als Skalpell, das die Moleküle zerlegt.
„Welche Zerfallsprodukte wir erhalten, hängt entscheidend davon ab, aus welchem Winkel der zweite Laser auf die Moleküle trifft“, erläutert Gräfe. Wie das Forscherteam in der aktuellen Studie zeigen konnte, lassen sich die entstehenden Produkte über die Wahl des Einstrahlwinkels exakt vorherbestimmen.
Für einen praktischen Einsatz in der Produktion bestimmter chemischer Produkte sei dieses Verfahren zwar ungeeignet. „Das ist im Augenblick reine Grundlagenforschung“, betont Gräfe. Dennoch sei der Erkenntnisgewinn durchaus auch für andere Forschungsfelder relevant. „Alle in der Natur vorkommenden Moleküle absorbieren elektromagnetische Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung“, erläutert die Chemikerin. „Je besser wir verstehen, was infolge der Wechselwirkung mit der Strahlung in den Molekülen passiert, umso besser können wir zum Beispiel auch Strategien entwickeln, Strahlungsschäden an Molekülen zu minimieren.“
U. Jena / PH
