Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Elektronen gehen nicht immer den einfachsten Weg

16.03.2012
Bei der Ionisation in einem starken Laserfeld wird aus einem Molekül ein Elektron herausgelöst. Bislang gingen Physiker davon aus, dass es sich dabei um das am schwächsten gebundene Elektron im Molekül handelt.

Eine Forschergruppe hat nun in einem Experiment nachgewiesen, dass auch stärker gebundene Elektronen durch die Ionisation in einem starken Laserfeld freigesetzt werden.

Dieses neue Verständnis bringt nicht nur die Attosekundenforschung voran, sondern Forscher kommen damit auch dem Ziel näher, chemische Prozesse zu steuern. Über diese Ergebnisse berichtet die Forschergruppe im Fachblatt Science vom 16. März 2012.

In einem Molekül bewegen sich die Elektronen in verschiedenen Orbitalen, wobei sich in jedem Orbital höchstens zwei Elektronen aufhalten können. Die Orbitale haben unterschiedliche Energieniveaus. Für das höchste besetzte Orbital ist die geringste Energie nötig, um ein Elektron herauszulösen. Daher liegt es nahe, dass sich bei der Ionisation ein Elektron aus genau dem höchsten besetzten Orbit herauslöst.

An dieser These hegten Theoretiker aber schon länger Zweifel, denn viele Beobachtungen ließen sich damit nicht gut erklären. In Experimenten gab es zwar auch schon Hinweise darauf, dass sich Elektronen aus einem niedrigeren Orbit lösten, doch überlagerten sich darin so viele Effekte, dass der eindeutige Beweis noch fehlte. Prof. Marc Vrakking, Direktor am Berliner Max-Born-Institut (MBI), erklärt: „Diesen Beweis haben wir jetzt mit unserem Experiment geliefert.“

Die Gruppe von Forschern des kanadischen National Research Council (NRC), des AMOLF (Amsterdam) und des MBI hat bei ihrem Experiment ein Molekül in einem starken Laserfeld ionisiert. Die Wissenschaftler haben dann nicht nur die Energie des herausgelösten Elektrons gemessen, sondern parallel dazu auch das molekulare Ion. Wenn ein Elektron des höchsten besetzten Orbitals fehlt, ist das Ion stabil und verändert sich nicht so schnell. Fehlt jedoch ein Elektron eines niedrigeren Orbitals, muss vorher mehr Energie in das Molekül gesteckt worden sein.

Damit befindet sich das Molekül nun in einem angeregten und damit nicht stabilen Zustand, es fällt leichter auseinander. „Bei den Elektronen konnten wir neben denen, die aus dem höchsten Orbit stammten, auch Elektronen mit unterschiedlichen Energien messen – hier war es möglich, dass sie aus einem niedrigeren Orbit stammten“, berichtet Vrakking. „Den Beweis hatten wir dann, als wir gleichzeitig sehen konnten, dass das Ion zerfallen war.“

Die Ergebnisse ermöglichen ein neues Verständnis in der Attosekundenforschung, die auf der Ionisation in starken Laserfeldern basiert. Aber auch für chemische Prozesse eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten. Wenn nicht nur Elektronen aus dem höchst besetzten Orbital, sondern auch aus niedrigeren Orbitalen ionisieren, dann hinterlässt man nach den Gesetzen der Quantenmechanik nämlich ein Molekül, in dem sich die Elektronen sehr schnell bewegen, bis hin zu einem Elektronenstrom. Das hat Einfluss darauf, wie das Molekül chemisch reagiert.

Eine Reaktion kann dadurch schneller ablaufen – von der Femtosekunden-Skala hin zur Attosekunden-Skala. Der Elektronenstrom innerhalb eines Moleküls kann aber auch dazu führen, dass es bestimmte chemische Reaktionen bevorzugt. Das könnte einen Paradigmenwechsel für die Fähigkeit von Molekülen zu chemischen Reaktionen bedeuten: Sie könnten dann durch die Bewegung von Elektronen verursacht werden und nicht mehr durch die der Atomkerne. Wissenschaftler könnten chemische Prozesse unmittelbar beeinflussen.

Die Messungen wurden in Kanada durchgeführt, die MBI-Physiker wollen sie nun in Berlin wiederholen und weiterführen.

Kontakt
Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI)
Prof. Dr. Marc Vrakking
Tel.: (030) 6392-1200
marc.vrakking@mbi-berlin.de

Gesine Wiemer | Forschungsverbund Berlin
Weitere Informationen:
http://www.fv-berlin.de
http://www.mbi-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften