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Die Quantenphysik schreibt auch schweren Objekten ein wellenartiges Verhalten zu, was sich nur schwer mit unserer Alltagserfahrung in Einklang bringen lässt. Einem internationalen Team von Wissenschaftlern ist es nun gelungen, den Aufbau eines Interferenzmusters aus einzelnen Farbstoffmolekülen zu filmen. Diese wurden von der Gruppe um Prof. Marcel Mayor an der Universität Basel synthetisiert. Der Film wurde gestern auf der Website von «Nature Nanotechnology» veröffentlicht.
Das klassische Experiment, um ein wellenartiges Verhalten nachzuweisen, besteht darin, einen Welle wie zum Beispiel einen Lichtstrahl durch zwei kleine, sehr nah beieinander liegende Spalten zu senden. Auf einer Leinwand hinter der Blende wird sich ein Interferenzmuster zeigen, das durch Überlagerungserscheinungen beim Zusammentreffen der nunmehr zwei Wellen entsteht.
Ein Team um Prof. Markus Arndt von der Universität Wien konnte nun ein solches wellenartiges Verhalten für schwere Moleküle mit 58 und 114 Atomen beobachten. Den Wissenschaftlern gelang es, die Bildung eines Interferenzmusters zu filmen, das von einzelnen Phthalocyanin-Molekülen aufgebaut wird. Dazu liessen die Forscher die hochfluoreszierenden Farbstoffmoleküle durch ein Gitter passieren und auf einen Schirm treffen und filmten sie mit einem ortsauflösenden Fluoreszenzmikroskop. Die Empfindlichkeit der verwendeten Messinstrumente ist so hoch, dass die Moleküle auf dem Schirm nacheinander abgebildet werden können und dass ihre Position mit einer Genauigkeit von etwa 10 Nanometern (was weniger als ein Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares ist) bestimmt werden kann.
Die komplexeren der im Experiment verwendeten Moleküle sind massgeschneiderte Farbstoffe, die von der Gruppe um Prof. Marcel Mayor von der Universität Basel synthetisiert wurden. Sie stellen die bislang schwersten Verbindungen in der Fernfeldbeugung dar. Als Blende verwendeten die Wissenschaftler Gitter, die nur 10 Nanometer dünn sind. Diese wurden vom Team um Prof. Ori Cheshnovsky an der Universität Tel Aviv hergestellt, der einen fokussierten Strahl von Ionen verwendete, um die erforderlichen Schlitze in eine Membran aus Siliziumnitrid zu schneiden.
Die neu entwickelten Tools erlauben es, Quanten-Interferenzexperimente auf immer komplexere Moleküle auszudehnen. Das neue Setup wir unter anderem dafür verwendet, um sogenannte Van-der-Waals-Kräfte quantitativ zu untersuchen. Dabei handelt es sich um Wechselwirkungen zwischen den Molekülen und dem Gitter, die durch Quantenfluktuationen des Vakuums zwischen ihnen entstehen und einen starken Einfluss auf die beobachteten Interferenzmuster ausüben.
Originalbeitrag
Thomas Juffmann, Adriana Milic, Michael Müllneritsch, Peter Asenbaum, Alexander Tsukernik, Jens Tüxen, Marcel Mayor, Ori Cheshnovsky and Markus Arndt
Real-time single-molecule imaging of quantum interference
Nature Nanotechnology, published online 25 March 2012 | doi: 10.1038/nnano.2012.34
Bildmaterial
Der Film, der den Aufbau des Interferenzmusters zeigt, findet sich auf der Website von «Nature Nanotechnology» >
Weitere Auskünfte
Prof. Dr. Marcel Mayor, Departement Chemie der Universität Basel, Tel. +41 (0)61 267 10 06, E-Mail: marcel.mayor@unibas.ch
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/abs/nnano.2012.34.html - Abstract
Ausschnitte des Films, der die Entstehung eines Quanten-Interferenzmuster aus einzelnen Phthalocyani ...
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Studierende, Wissenschaftler, jedermann
Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
Ausschnitte des Films, der die Entstehung eines Quanten-Interferenzmuster aus einzelnen Phthalocyani ...
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