Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blick auf unendlich kleine zeitliche und räumliche Bereiche

24.05.2000


DFG fördert Schwerpunktprogramm zu Elektronentransfer mit sechs Millionen Mark / Federführung liegt beim Physikalischen Institut der Universität Münster

Die Erforschung des Transfers von Elektronen spielt sich in unvorstellbar geringen zeitlichen und räumlichen Bereichen ab. Globale Modelle gibt es bereits seit längerem, doch die mikroskopischen Mechanismen dieser Reaktionen sind noch nicht bekannt. Sie zu erforschen ist das Ziel des Schwerpunktprogrammes "Dynamik von Elektronentransferprozessen an Grenzflächen", das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in den ersten zwei Jahren mit rund 6,5 Millionen Mark gefördert wird und jetzt seine Arbeit aufgenommen hat. Die Federführung dieses interdisziplinären und hochschulübergreifenden Projektes liegt beim Physikalischen Institut der Universität Münster, initiiert wurde es von Prof. Dr. Helmut Zacharias.

Viele wichtige Prozesse in biologischen, chemischen und physikalischen Systemen werden durch den Transfer von Elektronen aus gelöst. Beispiele dafür sind die Photosynthese in Pflanzen und die Mechanismen beim Sehen, katalytische Reaktionen an Grenzflächen, wie im Abgaskatalysator oder bei großtechnischen Synthesereaktoren, sowie Prozesse in Brennstoffzellen und in Solarzellen. Bei all diesen Vorgängen werden den aktiven Molekülen über eine Grenzfläche hinweg Elektronen aus einem Reservoir zur Ver fügung gestellt. Erst dadurch werden die vorher neutralen Moleküle aktiviert und die interessierenden Vorgänge Reaktionen und Energietransfer eingeleitet.

Wie das funktioniert, soll jetzt erforscht werden. Die Schwierigkeit liegt darin, dass dieser Prozess zeitlich im Bereich von einer bis 1000 Femtosekunden angesiedelt ist. Zur Verdeutlichung: 1000 Femtosekunden sind der millionste Teil einer millionstel Sekunde. Erst seit wenigen Jahren ist es möglich, neben einer Ortsauflösung in atomaren Dimension auch die Zeitauflösung in diesen ultrakurzen Zeitbereich direkten Experimenten zugänglich zu machen.

Auf der Nanometerskala, auf der ein Nanometer dem milliardstel Teil eines Meters entspricht, werden auf Oberflächen einzelne Moleküle mit Rastertunnelverfahren spektroskopisch untersucht mit dem Ziel, die dadurch gefundenen elektronischen Zustände auszunutzen, um die Moleküle zu manipulieren. So konnten schon einzelne Moleküle isoliert und gezielt zum Leuchten gebracht werden. Man kann sogar daran denken, künftig eventuell Reaktionen zwischen künstlich nebeneinander gebrachten Molekülen gezielt auszulösen, um Produkte zu erzeugen, die ohne eine solche Manipulation nicht entstehen würden. Eine solche Nanofabrikation kann Wege zu ganz neuen Produkten eröffnen. Denkbare Anwendungen lassen sich später im künftigen Centrum für Nanotechnologie (CeNTech) realisieren.

Zur Untersuchung der Dynamik des Elektronentransferprozesses im Zeitbereich werden zwei Laserpulse mit Dauern zwischen 20 und 100 Femtosekunden eingesetzt. Der erste Puls modifiziert die zu untersuchende Probe, mit dem zweiten, präzise verzögerten Puls werden Veränderungen, die der erste Puls ausgelöst hat, erkannt. Mit einer solchen Pump-Probe-Technik kann man eine Zeitauflösung von einer Femtosekunde oder sogar noch darunter erreichen. In einer Femtosekunde legt Licht, das für die Strecke von der Erde zum Mond nur etwa eine Sekunde benötigt, nur einen Weg von 300 Nanometern zurück. Die optischen Aufbauten, die zwei Lichtpunkte um eine solche Strecke verzögern, müssen also entsprechend hochpräzise sein.

Im Anfangsstadium sollen die Untersuchungen zu den auftretenden Energieverlusten, dem Transport von sogenannten heißen Elektronen, ihrer Beweglichkeit in nur zwei Raumdimensionen und einer gezielten Steuerung an geeigneten Modellsystemen durchgeführt werden. Später ist die Einbindung von komplexen Systemen, wie organischen Filmen oder molekularbiologischen Modellsystemen, geplant. Diese spielen beispielsweise auch für die Biokompatibilität von medizinischen Implantaten wie Siliziumkarbid für Herzklappen eine große Rolle.

Im Forschungsverbund arbeiten bundesweit verschiedene Arbeitsgruppen zusammen, um den Erkenntnisstand im internationalen Maßstab voranzubringen. Neben Experimentatoren ist eine enge Verbindung mit theoretisch arbeitenden Gruppen notwendig, um die Ergebnisse interpretieren zu können. Hier ist die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Johannes Pollmann aus dem Institut für Theoretische Festkörperphysik der Universität Münster federführend beteiligt. Insgesamt ist das Programm auf sechs Jahre und einen Förderumfang von etwa 14 bis 16 Millionen Mark angelegt.

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Brigitte Nussbaum |

Weitere Berichte zu: Elektron Femtosekunde Grenzfläche

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Schnell wachsende Galaxien könnten kosmisches Rätsel lösen – zeigen früheste Verschmelzung
26.05.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften