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Übergangsmetallionen können nach der Absorption von Röntgenlicht (links) ein Elektron oder ein Photon emittieren (rechts).

Der Blutfarbstoff Hämoglobin, die Korrosion von Metallen und das berühmte preußische Blau, was haben sie gemeinsam? Es sind Übergangsmetallkomplexe (Substanzen), die hier und in vielen anderen biologischen, chemischen und physikalischen Prozessen eine wichtige Rolle spielen.

Die große Variabilität dieser Substanzen ist eine Folge der Wechselwirkung der Metallionen mit der jeweils spezifischen Umgebung. Physiker der Uni Rostock zeigten nun gemeinsam mit Forschern des Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) und der König Abdulaziz Universität in Jeddah (Saudi Arabien) einen Weg auf, zu einem besseren Verständnis der elementaren Prozesse zu gelangen , die letztlich für die Farben von Pigmenten oder für die chemische Reaktivität von Metallionen verantwortlich sind.

Der Schlüssel zum Verständnis der Wechselwirkung von Metallionen mit ihrer Umgebung liegt in der elektronischen Struktur der gebildeten Komplexe, die sich beispielsweise in chemischen Bindungen manifestiert. Weiche Röntgenstrahlung, wie sie am Berliner Synchrotron BESSY II zur Untersuchung eingesetzt wird, bietet die Möglichkeit, die Elektronenstruktur atomspezifisch zu untersuchen.

Dabei regt ein hochenergetisches Photon ein Rumpfelektron des Metalls an. In Folge kann ein Photon, aber auch ein Elektron emittiert werden. Traditionell wurden diese beiden Prozesse bislang separat zur Analyse eingesetzt. Aufgrund der Komplexität der Molekülsysteme ist diese Untersuchung in der Regel nicht einfach, da die gesuchte Information durch Nebeneffekte überdeckt ist.

In einem gerade erschienenen Beitrag im Open Access Magazin des renommierten Wissenschaftsjournals Nature, den Scientific Reports, konnten Theoretische Physiker der Arbeitsgruppe Molekulare Quantendynamik an der Universität Rostock in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der König Abdulaziz Universität in Jeddah (Saudi Arabien) erstmalig zeigen, dass die gemeinsame Analyse der emittierten Photonen und Elektronen neue Möglichkeiten für ein vertieftes Verständnis eröffnet.

Durch die Interpretation der Messdaten mit Hilfe von aufwändigen Computersimulationen wurde deutlich, dass die demonstrierte Methode Informationen über viele Details liefert, die in den separaten Analysen nicht identifiziert werden können.

Die Forscher sind davon überzeugt, mit dieser Methode den Weg zu einem besseren Verständnis der elementaren Prozesse aufgezeigt zu haben, die letztlich für die Farben von Pigmenten oder für die chemische Reaktivität von Metallionen in der Katalyse verantwortlich sind.

Originalveröffentlichung:
R. Golnak, S. I. Bokarev, R. Seidel, J. Xiao, G. Grell, K. Atak, I. Unger, S. Thürmer, S. G. Aziz, O. Kühn, B. Winter, E. F. Aziz, Joint Analysis of Radiative and Non-Radiative Electronic Relaxation Upon X-ray Irradiation of Transition Metal Aqueous Solutions, Scientific Reports 6, 24659 (2016), online: http://www.nature.com/articles/srep24659

Kontakt:
Universität Rostock
Institut für Physik
Prof. Oliver Kühn
Tel: 0381 / 498-6700
oliver.kuehn@uni-rostock.de
www.uni-rostock.de

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Ingrid Rieck Universität Rostock

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