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Basler Forscher kontrollieren Quantenprozesse einzelner Moleküle

04.10.2010
Dank eines neuartigen Verfahrens lassen sich individuelle Quantenprozesse in einzelnen Molekülen mit hoher Präzision untersuchen und kontrollieren.

Die an der Universität Basel entwickelte Technologie liefert wichtige Erkenntnisse über die Grundmechanismen der Chemie und könnte gleichzeitig ein wichtiger Schritt bei der Realisierung des Quantencomputers sein. Über die Arbeit berichtet die neue Ausgabe der Fachzeitschrift «Physical Review Letters».

Der Forschungsgruppe von Prof. Stefan Willitsch vom Departement Chemie der Universität Basel ist es erstmals gelungen, Moleküle in einer Falle zu lokalisieren und dabei ihre Dreh- und Schwingungsbewegungen vollständig zu kontrollieren. Damit ist es erstmals möglich, die wichtigsten Bewegungsformen einzelner Moleküle zu beobachten und gezielt zu manipulieren.

Die zahlreichen Bewegungen der Moleküle spielen in der Chemie und Biologie eine wichtige Rolle. Bis heute war es nur möglich, die mittlere Bewegung eines grossen Schwarms von Molekülen zu beobachten. Interessant für die Wissenschaftler ist aber die Natur eines einzelnen Moleküls. Mit dem neuen Verfahren ist es gelungen, einzelne Individuen aus dem Schwarm zu isolieren und ihre Eigenschaften festzulegen. Eine solche präzise Kontrolle über Moleküle war zuvor noch nie erreicht worden.

«Nun können wir chemische Reaktionen an isolierten Molekülen beobachten und gezielt beeinflussen», beschreibt Willitsch die Bedeutung seiner Arbeit. Das neuartige Verfahren wird der Chemie neue Erkenntnisse über die quantenmechanischen Mechanismen liefern, die jeder Reaktion zugrunde liegen.

Auf grosses Interesse stossen die Forschungsresultate auch bei Willitschs Kolleginnen und Kollegen am Departement Physik der Universität Basel. Sie arbeiten an den technischen Grundlagen zur Realisierung eines Quantencomputers. Der Ansatz von Willitsch und seinem Team könnte dazu einen wichtigen Beitrag leisten. Die neuartige Entwicklung stellt die Weichen, Information in einzelnen lokalisierten Molekülen zu speichern. Sie erlaubt damit wichtige Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung.

Möglich wurde diese bahnbrechende Technologie dank der interdisziplinären Zusammenarbeit von Physikern und Chemikern innerhalb des vom Kanton Aargau finanzierten Schweizer Instituts für Nanowissenschaften an der Universität Basel. Die Arbeit erscheint als speziell ausgezeichneter Artikel in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift «Physical Review Letters».

Originalbeitrag
Xin Tong, Alexander H. Winney, and Stefan Willitsch
Sympathetic Cooling of Molecular Ions in Selected Rotational and Vibrational States Produced by Threshold Photoionization

Phys. Rev. Lett. 105 (2010), Art. Nr. 143001, Published September 27, 2010 | doi: 10.1103/PhysRevLett.105.143001

Weitere Auskünfte
Prof. Dr. Stefan Willitsch, Departement Chemie der Universität Basel, Tel. 061 267 38 30, E-Mail: Stefan.Willitsch@unibas.ch

Reto Caluori | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v105/i14/e143001
http://physics.aps.org/viewpoint-for/10.1103/PhysRevLett.105.143001

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