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Wissenschaft
Berliner Max-Planck-Forscher verwirklichen elektrodynamische Falle zur
Untersuchung von Molekülen
Normalerweise kann man Moleküle nicht beobachten, denn sie bewegen
sich viel zu schnell. In den vergangenen Jahren ist es zwar bereits
gelungen, so genannte niedrigfeldsuchende Moleküle mit Hilfe von
optischen, magnetischen oder elektrischen Feldern einzufangen und zu
analysieren, doch existiert ein weiterer Grundzustand, der
hochfeldsuchende, in dem sich Moleküle bisher jedem Versuch, sie
einzufangen, entziehen konnten. Wissenschaftler des Fritz-Haber-Instituts
der Max-Planck-Gesellschaft haben nun gemeinsam mit Kollegen des
FOM-Instituts für Plasmaphysik Rijnhuizen in Nieuwegein (Niederlande)
eine Falle konstruiert, in der man sogar solche Moleküle einfangen und
detailliert untersuchen kann (Physical Review Letters, 4. März 2005). Das
eröffnet neue Möglichkeiten vor allem für die Erforschung von Molekülen,
wie biologischen Makromolekülen, die keinen niedrigfeldsuchenden
Grundzustand besitzen.
Seit einiger Zeit suchen Wissenschaftler nach Methoden, um Moleküle
abbremsen oder sogar zum Stillstand bringen und dadurch besser untersuchen
zu können. Je langsamer die Moleküle sind, desto mehr Zeit hat man, sie zu
analysieren. Einmal zum Stillstand gebracht, kann man Moleküle
zusammenhalten, indem man sie in einer Falle speichert.
Dipolare Moleküle wie etwa Ammoniak lassen sich in einem elektrischen Feld fangen. Diese neutralen
Moleküle, die auf einer Seite positiv und auf der anderen Seite negativ geladen sind, existieren in zwei
energetischen Zuständen - hochfeldsuchend und niedrigfeldsuchend. Niedrigfeldsuchende Moleküle
werden von einem Feld mit geringer elektrischer Feldstärke angezogen und können daher nur in einem
Feldminimum gespeichert werden. Hochfeldsuchende Moleküle hingegen werden von einem starken
elektrischen Feld angezogen - eine Falle für diese Moleküle müsste deshalb ein Feldmaximum an einer
anderen Stelle als der unter Spannung stehenden Elektrode aufweisen, was grundsätzlich unmöglich ist.
Die Moleküle würden also immer zu der Elektrode streben und können deshalb nicht gespeichert werden.
Dennoch will man ausgerechnet hochfeldsuchende Moleküle speichern, weil gerade sie für grundlegende
Untersuchungen in der Molekülphysik interessant sind. Hinzu kommt, dass größere Moleküle,
beispielsweise Biomoleküle, häufig gar keine niedrigfeldsuchenden Zustände besitzen und somit nicht
eingefangen werden könnten.
Forschern des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin ist es nun gemeinsam mit
Kollegen vom FOM-Institut für Plasmaphysik Rijnhuizen in Nieuwegein (Niederlande) gelungen,
hochfeldsuchende Moleküle in einer Falle zu halten. Dazu haben die Forscher eine komplizierte
Apparatur entwickelt. Aus einer Kammer werden in rascher Folge Ammoniakmoleküle ausgestoßen. Eine
Abbremsvorrichtung lässt nur die in gerader Linie auftreffenden kalten, also langsamen Moleküle
passieren und reduziert deren Geschwindigkeit weiter. Dann werden die Moleküle mit Mikrowellen
bestrahlt, bis sie sich im hochfeldsuchenden Zustand befinden.
Um nun diese Moleküle möglichst lange beobachten zu können, konstruierten die Wissenschaftler eine
Wechselstromfalle, die ein elektrisches Feld erzeugt, das in zwei Richtungen über ein Maximum, in die
dritte Richtung aber über ein Minimum verfügt. Ändert man die Spannungen, wird ein gegensätzliches
Feld mit zwei Minima und einem Maximum erzeugt. Schaltet man nun beide Felder abwechselnd, bleiben
die Moleküle auf der Suche nach dem hochenergetischen Feld in der Falle gefangen und können weiteren
Untersuchungen unterzogen werden. Die Abbildung zeigt, wie die Ammoniakmoleküle von der rasch
wechselnden Spannung in der Falle zusammengehalten werden.
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Biologie, Chemie
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsergebnisse
Deutsch
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