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10.03.2005 11:56

Moleküle in der Falle

Dr. Andreas Trepte Abteilung Kommunikation
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

    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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