Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher verschieben Moleküle auf Oberflächen: Nur halb so viel Kraft nötig wie theoretisch gedacht

17.04.2015

Forscher der Universität Regensburg haben ein interessantes Phänomen aus der Welt der Quantenphysik entdeckt: Um ein Kohlenmonoxidmolekül auf einer Oberfläche seitlich zu verschieben, ist nur halb so viel Kraft erforderlich, wie theoretisch zu erwarten wäre.

Ein Team um Prof. Dr. Franz J. Gießibl vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik machte diese Beobachtung bei Versuchen mit einem Rasterkraftmikroskop, welches in einem Vakuum bei minus 266 Grad Celsius arbeitet – nahe am absoluten Temperaturnullpunkt. Die Ergebnisse der Wissenschaftler sind vor wenigen Tagen in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ erschienen (DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.146101).


CO-Moleküle auf Metallatomen, die hier als Vertiefungen dargestellt sind. Beim Verschieben müssen sie eine Energiebarriere überwinden. Die Präsenz der Mikroskopspitze reduziert die Energiebarriere.

Foto: Universität Regensburg – Zur ausschließlichen Verwendung im Rahmen der Berichterstattung zu dieser Pressemitteilung.

Beim Anblick der Pyramiden von Gizeh stellt sich eine gewichtige Frage: Wie brachten die Bauarbeiter des Altertums die gigantischen Kräfte auf, um die tonnenschweren Steinblöcke zu bewegen? Dem gegenüber sind die Kräfte, die in der Quantenwelt wirken, ungleich kleiner. Allerdings ist es genauso schwierig, hinter ihr Geheimnis zu kommen.

Vor einem Vierteljahrhundert gelang Donald Eigler und Erhard Schweizer vom IBM Forschungslabor San Jose in Kalifornien zwar ein „Bauprojekt“ auf kleinstmöglicher Skala: Die beiden Wissenschaftler schrieben I-B-M mit Buchstaben aus einzelnen Atomen des Edelgases Xenon. Aber erst 2008 konnten sie gemeinsam mit Gießibl die winzigen Kräfte messen, die beim Verschieben der einzelnen Atome wirken. Ein Durchbruch, der auch zu neuen theoretischen Überlegungen zu den Kräfteverhältnissen in der Quantenwelt führte.

Dass weiterhin ein gravierender Unterschied zwischen Theorie und Praxis besteht, konnte Matthias Emmrich mit Kolleginnen und Kollegen jetzt zeigen. Das Team an der Universität Regensburg untersuchte die Kräfte, die wirken, wenn man einzelne Kohlenmonoxidmoleküle auf einer Kupferoberfläche verschiebt. Die Forscher stellten dabei fest, dass nur halb so viel Kraft nötig ist, wie die theoretischen Berechnungen vorab erwarten ließen. Zum Vergleich: Das wäre in etwa so, als würde ein Ziegelstein die Hälfte seines Gewichts verlieren, wenn sich ein Bauarbeiter nähert.

Ein Kohlenmonoxidmolekül auf einer Kupferoberfläche kann man sich vorstellen wie ein Ei in einem Eierkarton. Um es hier von einer Vertiefung in eine benachbarte zu verschieben, ist eine bestimmte Kraft erforderlich. In der Welt der Atome und Quanten scheinen die Vertiefungen des Eierkartons allerdings „flacher“ zu werden, sobald sich die Abtastspitze des Mikroskops nähert.

Zudem spielt das Kraftprofil der Spitze eine wesentliche Rolle für ihre Eignung für atomare Bauprojekte. Das Team konnte nachweisen, dass die Moleküle nur mit relativ symmetrischen Spitzen in alle Richtungen verschoben werden kann. Bei anderen Mikroskop-Spitzen ergeben sich nur einzelne Vorzugsrichtungen.

Titel der Original-Veröffentlichung:
Matthias Emmrich, Maximilian Schneiderbauer, Ferdinand Huber, Alfred J. Weymouth, Norio Okabayashi, and Franz J. Giessibl: Force Field Analysis Suggests a Lowering of Diffusion Barriers in Atomic Manipulation Due to Presence of STM Tip, in Physical Review Letters 114, 146101 (2015).

Der Original-Artikel im Internet unter:
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.146101

Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. Franz J. Gießibl
Universität Regensburg
Institut für Experimentelle und Angewandte Physik
Tel.: 0941 943-2105
Franz.Giessibl@ur.de

Alexander Schlaak | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-regensburg.de/

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