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 Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau
17.11.2017 | Universität Ulm

nachricht Zwei verdächtigte Sterne unschuldig an mysteriösem Antiteilchen-Überschuss
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

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: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte