Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Moleküle auf dem Karussell

22.01.2007
Max-Planck-Wissenschaftler konstruieren das erste Molekülsynchrotron

Ein neuartiges Synchrotron für Moleküle haben Wissenschaftler des Berliner Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft vorgestellt. Darin haben sie einen Strahl deuterierter Ammoniakmoleküle beschleunigt, abgebremst und auf der Kreisbahn gebündelt. Genau wie Synchrotrone in der Hochenergiephysik ist auch dieses Synchrotron ein Speicherring - doch statt hochenergetischer Ionen oder Elektronen speichert es Moleküle. Die Energie der Moleküle ist mit wenigen Millielektronenvolt viel niedriger als bei Hochenergieteilchen, deren Energie mehrere Gigaelektronenvolt beträgt. Daher kommt das Molekülsynchrotron mit viel kleineren Dimensionen aus: Sein Ringumfang beträgt gerade einmal 80 Zentimeter (Nature Physics online, 21. Januar 2007).


Im Vergleich zu den gewaltigen Synchrotronen am CERN bei Genf oder am BESSY in Berlin, die hochenergetische Teilchen in Ringen von 27 Kilometer bzw. 240 Meter Länge speichern, hat das neue Molekülsynchrotron bescheidene Ausmaße - 80 Zentimeter misst der Speicherring im Durchmesser. Das Molekülsynchrotron besteht aus zwei Halbringen. Elektrische Felder an den Übergängen von einem Halbring zum anderen fokussieren die Moleküle, indem sie langsame Moleküle beschleunigen und schnelle Moleküle abbremsen. An einem der beiden Spalte ist außerdem ein Zähler angebracht. Ein Ionisierungslaser beschießt die Moleküle an dieser Stelle. Die ionisierten Moleküle fliegen aus dem Ring und treffen dann auf einen Ionendetektor - die Wissenschaftler leiten daraus ab, wie groß die Moleküldichte in den einzelnen Bereichen des Speicherrings ist. Bild: Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft

Wenn Atome und Moleküle auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden, bewegen sie sich immer langsamer. Wissenschaftler fangen diese im Verhältnis zur Umgebung kalten Teilchen in Molekülfallen ein - eine solche Falle kann aus magnetischen, optischen und elektrischen Feldern bestehen. Damit ist auch ein elektrostatischer Speicherring ein Synchrotron, eine Molekülfalle. Er fängt Teilchen mit minimaler potentieller Energie allerdings nicht an einem einzigen Ort im Raum ein, sondern hält sie auf einer Ringbahn. Die Moleküle bewegen sich mit einer geringen Restgeschwindigkeit, fliegen aber nicht aus dem Ring heraus.

Das neue Berliner Molekülsynchrotron kann die Teilchen nicht nur speichern, sondern auch bündeln. Es besteht nämlich aus zwei Halbringen, die durch einen zwei Millimeter großen Spalt voneinander getrennt sind. Jedes Mal, wenn die Moleküle den Spalt passieren, verändern elektrische Felder die Geschwindigkeit der Moleküle: Sie beschleunigen die langsameren Moleküle, schnellere Moleküle bremsen sie ab. Nach 40 Runden, also ungefähr 30 Metern freien Fluges, ist die Wolke der deuterierten Ammoniakmoleküle im Speicherring über einen Bereich von nur drei Millimeter Länge verteilt - und immerhin besteht diese Wolke aus etwa einer Million Molekülen.

Einen Prototyp des jetzt vorgestellten Molekülsynchrotrons hatte die Forschergruppe am FOM-Institut für Plasmaphysik im niederländischen Nieuwegein konstruiert. Dieser Speicherring besaß bereits alle erforderlichen Eigenschaften, um die Bewegung der Moleküle in allen Richtungen außer auf der Kreisbahn einzuschränken; sie konnten also den gesamten Ring ausfüllen. Eines konnte der Prototyp aber nicht - die Moleküle bündeln, während sie den Ring durchlaufen. Das schafften die Forscher jetzt mit dem neuen Modell des Molekülsynchrotrons.

Damit ist es auch möglich, zusätzliche Molekülpakete in den Ring zu injizieren, ohne die bereits gespeicherten zu beeinträchtigen. Die Berliner Wissenschaftler haben auf diese Weise bereits zwei Molekülpakete im Synchrotron gespeichert. So eröffnen sich neue Möglichkeiten, um die Physik der Moleküle zu erforschen. Speichert man nämlich viele Molekülwolken über einen längeren Zeitraum im Synchrotron, so erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Molekülpakete zusammenstoßen. Genau das haben die Wissenschaftler nun vor. Gelingt ihnen dieses niederenergetische Kollisionsexperiment, ist das ein molekülphysikalisches Pendant zu den hochenergetischen Experimenten in der Kernphysik.

Originalveröffentlichung:

Cynthia Heiner, David Carty, Gerard Meijer, Hendrick L.Bethlem
A Molecular Synchrotron, Nature Physics online, 21. Januar 2007

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie