Wellenfunktion eines Moleküls dreidimensional abgebildet

Einem interdisziplinären Forschungsteam der Universität Göttingen ist es nun gelungen, die Wellenfunktion eines nanometergroßen organischen Moleküls dreidimensional abzubilden – und das mit einer Röntgenlichtquelle, die auf einen Labortisch passt. „Die Wellenfunktion ist eine fundamentale Größe der Quantenmechanik, lässt sich aber nicht direkt messen“, erklärt Stefan Mathias, Leiter der Forschungsgruppe „Ultraschnelle Dynamik in Quantenmaterialien“. Besonders interessant sind die Wellenfunktionen der Elektronen in Molekülen. Diese Molekülorbitale bestimmen, wie ein Molekül Licht aufnimmt oder chemische Reaktionen eingeht. Um sie sichtbar zu machen, kombinierte das Team hochpräzise Photoelektronenspektroskopie – dabei löst Licht Elektronen aus dem Material, deren Impuls Rückschlüsse auf die Wellenfunktion erlaubt – mit leistungsfähigen Computeralgorithmen. Das Ergebnis: ein vollständiges 3D-Bild des Molekülorbitals, mit einer Auflösung feiner als der Abstand zweier Kohlenstoffatome. Bisher waren solche Aufnahmen nur an großen Beschleunigeranlagen möglich, und selbst dort nur mit erheblichem Zeitaufwand.