Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jülicher Forscher schauen ins Innere von Molekülen

20.08.2010
Zum Alltag von Nanotechnologen gehört es, mit ihren Mikroskopen einzelne Atome zu untersuchen. Schwierig zu beobachten waren bislang jedoch Atomstrukturen, die sich im Inneren von organischen Molekülen befanden.

Im renommierten Fachmagazin Physical Review Letters (DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.086103 ) erklären Jülicher Forscher nun ihre neuartige Methode, die den „Röntgenblick“ ins Molekül ermöglicht. Sie könnte es einfacher machen, organische Halbleiter und Proteine zu analysieren.

Für den Blick in die Nanowelt nutzten die Jülicher Forscher ein Rastertunnelmikroskop. Dessen dünne Metallspitze fährt wie die Nadel eines Plattenspielers über die Probenfläche und registriert mittels kleinster elektrischer Ströme die atomaren Unebenheiten und Unterschiede von rund einem Nanometer (einem Milliardstel Millimeter). Aber selbst wenn die Spitze des Mikroskops nur noch ein Atom breit ist, ließ sich damit bisher nicht in das Innere von Molekülen sehen.

„Um die Sensitivität für organische Moleküle zu steigern, haben wir einen Sensor und Signalwandler an die Spitze gesetzt“, erklärt Dr. Ruslan Temirov. Die beiden Funktionen erfüllt ein kleines Molekül aus zwei Deuterium-Atomen, auch schwerer Wasserstoff genannt. Da es sehr beweglich an der Spitze hängt, kann es den Konturen folgen und beeinflusst die Ströme, die über die Mikroskopspitze fließen.

Als eines der ersten Moleküle untersuchten Temirov und seine Kollegen die Verbindung Perylentetracarbonsäuredianhydrid (PTCDA). Sie besteht aus 26 Kohlenstoff-, acht Wasserstoff- und sechs Sauerstoffatomen, die sieben zusammenhängende Ringe bilden. In bisherigen Aufnahmen wird es nur als rund ein Nanometer großer konturloser Fleck abgebildet. Das Jülicher Rastertunnelmikroskop lässt – wie auf einer Röntgenaufnahme – die innere, wabenartige Struktur erkennen, die von den Ringen gebildet wird.

„Die bestechende Einfachheit der Methode macht sie für zukünftige Forschung so wertvoll“, sagt Prof. Stefan Tautz, Direktor des Jülicher Instituts für Bio- und Nanosysteme. Die Jülicher Methode ist mittlerweile zum Patent angemeldet und lässt sich einfach mit kommerziellen Rastertunnelmikroskopen koppeln. „Die räumlichen Dimensionen im Innern von Molekülen lassen sich jetzt schon in wenigen Minuten bestimmen“, so Tautz, „und die vorherige Präparation der Proben beruht weitgehend auf Standardverfahren.“ Im nächsten Schritt wollen die Jülicher noch eine Kalibration der gemessenen Stromstärken vornehmen. Wenn das gelingt, könnte damit aus den gemessenen Stromstärken direkt auf die Art der Atome geschlossen werden.

Nachdem sie erste Bilder mit dem neuen Verfahren bereits im Jahre 2008 veröffentlicht hatte, konnte die Forschergruppe um Tautz und Temirov nun das quantenmechanische Wirkprinzip des Deuteriums an der Mikroskopspitze erklären. Dabei half auch eine computergestützte Berechnung der Arbeitsgruppe von Prof. Michael Rohlfing an der Universität Osnabrück. Die sogenannte kurzreichweitige Pauli-Abstoßung, eine quantenphysikalische Kraft zwischen Deuterium und Molekül moduliert die Leitfähigkeit und erlaubt es, sehr sensitiv die feinen Strukturen zu messen.

Das Jülicher Verfahren kann eingesetzt werden, um Struktur und Ladungsverteilung von flachen Molekülen zu vermessen, die als organische Halbleiter oder als Teil von zukünftigen, schnellen und effizienten elektronischen Bauelementen verwendet werden könnten. Aber auch große dreidimensionale Biomoleküle wie Proteine könnten untersucht werden, wenn die Methoden verfeinert werden.

Die Veröffentlichung bei Physical Review Letters:
Weiss et al., Imaging Pauli repulsion in scanning tunneling microscopy, 10.1103/PhysRevLett.105.086103 (2010)

http://prl.aps.org/

Ansprechpartner:
Dr. Ruslan Temirov
Tel. 02461 61 3462
r.temirov@fz-juelich.de
Prof. Dr. Stefan Tautz
Tel. 02461 61 4561
s.tautz@fz-juelich.de
Pressekontakt:
Kosta Schinarakis, Erhard Lachmann
Tel.: 02461 61 4771 bzw. 1841,
k.schinarakis@fz-juelich.de, e.lachmann@fz-juelich.de
Das Forschungszentrum Jülich…
… betreibt interdisziplinäre Spitzenforschung zur Lösung großer gesellschaftlicher Herausforderungen in den Bereichen Gesundheit, Energie und Umwelt sowie Informationstechnologie. Kombiniert mit den beiden Schlüsselkompetenzen Physik und Super¬computing werden in Jülich sowohl langfristige, grundlagenorientierte und fächer¬übergreifende Beiträge zu Naturwissenschaften und Technik erarbeitet als auch konkrete technologische Anwendungen. Mit rund 4 400 Mitarbeiterinnen und Mit¬arbeitern gehört Jülich, Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, zu den größten Forschungszentren Europas.

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://prl.aps.org/
http://www.fz-juelich.de/ibn/IBN3_Research_Subjects/
http://www.fz-juelich.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Proteine entdecken, zählen, katalogisieren
28.06.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chemisches Profil von Ameisen passt sich bei Selektionsdruck rasch an
28.06.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive