Rasanter Blick auf nanoskopische Aerosole
Reaktionen an der Oberfläche von Aerosolen mit hoher Auflösung verfolgt.
Vieles, was wir in der Natur beobachten, beginnt als elementare Reaktion von Atomen oder Molekülen auf den Einfluss von Strahlung. Einen dieser Prozesse hat das Team um Matthias Kling und Boris Bergues vom Labor für Attosekundenphysik LAP der Ludwig-Maximilians-Universität LMU und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik MPQ genauer unter die Lupe genommen. Die Laserphysiker haben erkundet, was passiert, wenn Moleküle, die an den Oberflächen von Nanoteilchen haften, mit Licht in Berührung kommen. Lichtinduzierte molekulare Prozesse auf Nanoteilchen spielen eine wichtige Rolle in der Atmosphäre und können nicht zuletzt unser Klima beeinflussen.
Die Wissenschaftler haben dazu eine neue Methode, die Reaktions-Nanoskopie, entwickelt. Mit ihrer Hilfe untersuchten sie, wie sich Ethanol- und Wassermoleküle an der Oberfläche von Nanoteilchen aus Glas verhalten, wenn sie unter den Einfluss von starker Lichtstrahlung geraten. Die Forscher schickten wenige Femtosekunden lange Laserpulse auf die kugelförmigen Teilchen. Mit der Reaktions-Nanoskopie zeichneten sie erstmals in drei Dimensionen mit Nanometer-Auflösung auf, was bei dieser ultrakurzen Interaktion passiert. „Wir beobachteten, wie sich vor allem Wasserstoffteilchen aus den Molekülen an der Oberfläche der Nanoteilchen lösten und von der Oberfläche wegbeschleunigt wurden. Dieser Prozess bildet die Grundlage für die hohe räumliche Auflösung unserer Abbildungstechnik“, erklärt Boris Bergues. „Mit unserer Technologie sind wir insbesondere in der Lage, genau zu sehen an welcher Stelle des Nanoteilchens die Reaktionsausbeute am höchsten war. Damit haben wir erstmals eine Reaktion von Molekülen an der Oberfläche von Aerosolen mit höchster räumlicher Auflösung verfolgt“, ergänzt Matthias Kling.
Gerade in der Atmosphärenphysik oder der Astrochemie finden solche Vorgänge kontinuierlich statt. So trifft Licht in unserer Atmosphäre auf Aerosole und Moleküle auf ihrer Oberfläche. Das löst Reaktionen aus, die etwa für die Entwicklung unseres Klimas von Bedeutung sind. Im Universum finden ähnliche chemische Prozesse auf kleinsten Staubteilchen unter extremen Bedingungen statt. Hierbei entstehen und reagieren Moleküle - ein Prozess, der auch zur Synthese von Biomolekülen beitragen kann. Doch gerade im Bereich der Atmosphärenchemie könnten die Ergebnisse der Münchner Laserphysiker in naher Zukunft helfen, Prozesse die an Aerosolen ablaufen, besser zu verstehen, und sie vielleicht sogar eines Tages gewinnbringend gegen den Klimawandel einzusetzen.
MPQ / JOL
