Was Atome zusammenhält – Physiker enthüllen Symmetrie chemischer Bindungen. „Science“-Artikel
Oben: Drei kubusförmige Salzkörner, von denen das linke auf einer Seitenfläche liegt, das mittlere auf einer Kante steht und das rechte auf der Spitze steht. Die würfelförmige Struktur von Kochsalz kommt von der Symmetrie der Bindungen, die Natrium und Chlor zusammenhalten. Unten: Experimentell gemessene Stärken chemischer Bindungen zwischen einem Wolframatom (kubische Bindungssymmetrie) und einem Kohlenmonoxidmolekül, bei denen das Wolframatom genau so orientiert ist wie die Salzkörner darüber. Das Wolframatom weist nur etwa ein Millionstel des Durchmessers eines Salzkorns auf.<br>Foto: Universität Regensburg<br>
Das Messverfahren lässt sich für weitere Untersuchungen der Nanowelt gezielt modifizieren. Auf dieser Grundlage kann nun von der Bindungsenergie auf die chemische Identität eines zu untersuchenden Atoms geschlossen werden. Ein „Atlas“ der Kräftewirkungen im atomaren Bereich ist für die Zukunft denkbar.
Chemische Bindungen sichern den Zusammenhalt zwischen den Atomen in Molekülen und festen Körpern. Die chemischen Bindungskräfte bestimmen dabei den Aufbau der Moleküle und die Anordnung der einzelnen Atome zueinander (Winkelabhängigkeit). Beispiele sind die Struktur von Salz- und Zuckerkörnern oder die Form der Eisblumen, die im Winter mühsam vom Autofenster gekratzt werden müssen.
Die Winkelabhängigkeit der einzelnen Atome eines Moleküls ist schon seit längerer Zeit bekannt, wurde aber bislang noch nicht mit hoher Präzision im Experiment untersucht. Dies wäre jedoch von fundamentaler Bedeutung, um die allgemeinen Eigenschaften und das Verhalten chemischer Bindungen besser verstehen zu können.
Forschern der Universität Regensburg ist jetzt in diesem Zusammenhang ein bedeutender Durchbruch gelungen. Dipl.-Physiker Joachim Welker und Prof. Dr. Franz J. Giessibl vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik konnten die Symmetrie von Bindungskräften auf atomarer Ebene quantitativ messen. Die Wissenschaftler analysierten dazu die Winkelabhängigkeit der chemischen Bindungskräfte zwischen einem Kohlenstoffmonoxid-Molekül, das auf einer Kupferoberfläche anhaftete, und der metallenen Spitze einer Kombination aus Rasterkraftmikroskop und Rastertunnelmikroskop.
„Mit unseren Untersuchungen haben wir die atomare Symmetrie chemischer Verbindungen zwischen einzelnen Atomen eines Moleküls mit höchster Präzision bestimmt“, erklärt Giessibl. Und mehr noch: Die Regensburger Physiker sind auch in der Lage, die Sondenspitze ihres Mikroskops für ähnliche Untersuchungen systematisch zu modifizieren.
Der Umstand, dass die „Bindungsärmchen“ des vordersten Atoms der Mikroskopspitze gezielt ausgerichtet werden können, macht nun weitere Untersuchungen der Nanowelt möglich, die bis dahin nicht denkbar waren.
„Möglich wäre sogar, dass wir auf dieser Grundlage einen „Atlas“ der Kräftewirkungen im atomaren Bereich erarbeiten können“, bemerkt Welker. So sind die Regensburger Forscher derzeit dabei, ihre Untersuchungen auf andere Materialkombinationen auszudehnen. Welker dazu: „Wir können jetzt von der Bindungsenergie auf die chemische Identität eines zu untersuchenden Atoms schließen. Nach dem Motto: Wenn diese Kraft vorherrscht, dann muss es beispielsweise Wolfram oder Kupfer sein.“
Die Ergebnisse der Regensburger Forscher sind in der renommierten Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht worden (DOI: 10.1126/science.1219850).
Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. Franz J. Giessibl
Universität Regensburg
Institut für Experimentelle und Angewandte Physik
Tel.: 0941 943-2105/2106
Franz.Giessibl@physik.uni-regensburg.de
Media Contact
Weitere Informationen:
http://www.uni-regensburg.deAlle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie
Von grundlegenden Gesetzen der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen, den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie über Felder in Raum und Zeit bis hin zur Struktur von Raum und Zeit selbst.
Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Astrophysik, Lasertechnologie, Kernphysik, Quantenphysik, Nanotechnologie, Teilchenphysik, Festkörperphysik, Mars, Venus, und Hubble.
Neueste Beiträge
Neue universelle lichtbasierte Technik zur Kontrolle der Talpolarisation
Ein internationales Forscherteam berichtet in Nature über eine neue Methode, mit der zum ersten Mal die Talpolarisation in zentrosymmetrischen Bulk-Materialien auf eine nicht materialspezifische Weise erreicht wird. Diese „universelle Technik“…
Tumorzellen hebeln das Immunsystem früh aus
Neu entdeckter Mechanismus könnte Krebs-Immuntherapien deutlich verbessern. Tumore verhindern aktiv, dass sich Immunantworten durch sogenannte zytotoxische T-Zellen bilden, die den Krebs bekämpfen könnten. Wie das genau geschieht, beschreiben jetzt erstmals…
Immunzellen in den Startlöchern: „Allzeit bereit“ ist harte Arbeit
Wenn Krankheitserreger in den Körper eindringen, muss das Immunsystem sofort reagieren und eine Infektion verhindern oder eindämmen. Doch wie halten sich unsere Abwehrzellen bereit, wenn kein Angreifer in Sicht ist?…
