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 Maschinelles Lernen im Quantenlabor
19.01.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie