Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Elektronenblitze erhellen Moleküldynamik

11.07.2014

Göttinger Forscher beobachten die ultraschnelle Dynamik an Oberflächen auf der atomaren Skala

In der mikroskopischen Welt von Atomen und Molekülen läuft vieles im Bereich von Femtosekunden und Pikosekunden ab, also Billiardsteln und Billionsteln einer Sekunde. Um einen direkten Blick auf die Dynamik im Mikrokosmos werfen zu können, nutzen Forscher extrem kurze Röntgen- oder Elektronenblitze. So können schnelle Bewegungen von Atomen und Molekülen in einem Moment festgehalten werden und es werden feinste Unterschiede in der Anordnung und Orientierung atomarer Strukturen sichtbar.


Die ultrakurzen Elektronenpulse für die Untersuchung molekularer Filme werden mit Laserlicht am Ende einer nanoskopisch kleinen Metallspitze erzeugt.

Grafik: Universität Göttingen


Graphische Darstellung der Polymerstränge auf einer wabenförmigen Graphenstruktur.

Grafik: Universität Göttingen

Physiker und Chemiker der Universität Göttingen haben unter Beteiligung von Forschern des Göttinger Max-Planck-Instituts (MPI) für biophysikalische Chemie ein neues Verfahren entwickelt, die Dynamik einzelner atomarer und molekularer Lagen zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift Science erschienen.

Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Claus Ropers und Dr. Sascha Schäfer von der Fakultät für Physik hat die neue Technik entwickelt, die auf der Beugung ultrakurzer Elektronenblitze an Oberflächen und dünnen Filmen basiert. „Das Besondere an unseren Experimenten ist, dass wir ultrakurze Elektronenpulse bei vergleichsweise niedriger Energie erzeugen konnten.

Damit können wir Schichten analysieren, die nicht dicker als ein einziges Molekül sind“, erklärt Max Gulde, Doktorand und Erstautor der Veröffentlichung. „Außerdem haben Elektronen mit niedriger Energie den Vorteil, dass man mit ihnen auch weiche organische Materialien untersuchen kann, ohne sie allzu schnell zu zerstören.“

Die erste mit der neuen Technik analysierte Probe besteht aus einer Polymer-Graphen-Doppelschicht, die in enger Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Alec Wodtke und Dr. Hak-Ki Yu vom MPI für biophysikalische Chemie hergestellt wurde. Graphen ist ein Material mit außergewöhnlichen mechanischen und elektronischen Eigenschaften, für dessen Herstellung und Untersuchung der Nobelpreis für Physik im Jahr 2010 vergeben wurde.

Es besteht aus einer einzelnen Lage von Kohlenstoffatomen, angeordnet in einer Honigwabenstruktur. Die nachträglich auf das Graphen aufgebrachte Polymerschicht hat sich in einer Art Streifenmuster auf das Graphen gelegt. Die Forscher haben die strukturelle Reaktion des Polymers beobachtet, nachdem die Doppelschicht mit einem kurzen Energiepuls angeregt wurde. Insbesondere konnte hierbei quantitativ abgebildet werden, wie schnell durch den Energieübertrag vom Graphen auf das Polymer die Ordnung des molekularen Films verlorengeht und nach Abkühlen wieder entsteht.

„Hybridstrukturen auf der Basis von Graphen sind besonders interessant für zukünftige Anwendungen zum Beispiel in der Nanoelektronik, da mit ihnen eine ganz neue Variabilität der Materialeigenschaften erreicht werden kann. Die Beobachtung der Ultrakurzzeitdynamik in solchen Systemen gibt uns die Möglichkeit, Kopplungen und Energietransferprozesse auf atomarer Skala zu untersuchen“, erläutert Prof. Ropers. Das Verfahren ist auf viele andere Probleme in der Oberflächenphysik anwendbar.

„Die Ergebnisse sind das Resultat der produktiven Kooperation sowohl zwischen der Universität und dem MPI als auch zwischen der Fakultät für Physik und der Fakultät für Chemie“, sagt Prof. Wodtke, der mit einer Alexander von Humboldt-Professur an der Fakultät für Chemie unter anderem neue Herstellungstechniken hochqualitativen Graphens erforscht. „Um gemeinsam genau solchen Fragestellungen nachzugehen, haben wir in einer etwa 30-köpfigen Gruppe von Wissenschaftlern vor kurzem einen neuen Sonderforschungsbereich auf den Weg gebracht.“

Kontaktadressen:
Prof. Dr. Claus Ropers
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – IV. Physikalisches Institut
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen
Telefon (0551) 39-4549, E-Mail: cropers@gwdg.de
Internet: http://www.uni-goettingen.de/de/91116.html

Prof. Dr. Alec M. Wodtke
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie
Abteilung Dynamik an Oberflächen
Am Faßberg 11, 37077 Göttingen
Telefon (0551) 201-1263
E-Mail: alec.wodtke@mpibpc.mpg.de
Internet: http://www.mpibpc.mpg.de/de/wodtke

Thomas Richter | Georg-August-Universität Göttingen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Evolutionsbiologie: Wie die Zellen zu ihren Kraftwerken kamen
22.06.2017 | Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

nachricht Im Mikrokosmos wird es bunt: 124 Farben dank RGB-Technologie
22.06.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt

22.06.2017 | Physik Astronomie

Evolutionsbiologie: Wie die Zellen zu ihren Kraftwerken kamen

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen

22.06.2017 | Physik Astronomie