03.01.2014
Zeitaufgelöste Abbildung von kalten Molekülen auf einem Molekülchip
Auf der Suche nach immer mehr Kontrolle über Moleküle haben Wissenschaftler des Fritz-Haber-Instituts ihrem Molekülchip die letzte fundamentale Komponente hinzugefügt: Sie können die Moleküle direkt auf dem Chip nachweisen. Und nicht nur das, sie können dies sogar zeitaufgelöst tun.
Der Molekülchip ist das Analogon zum Atom- bzw. Ionenchip. Aber während diese beiden bereits sehr weit entwickelt sind und Systeme aus wenigen Teilchen oder sogar einzelne Teilchen kontrollieren können, steckt die Entwicklung des Molekülchips noch in den Kinderschuhen. Im Moment bestehen Molekülchips aus einer Anordnung von Mikroelektroden auf einem Glas- oder Siliziumsubstrat. Sie waren bisher in der Lage, kalte Moleküle zu fangen und deren interne (Anregungen im Molekül) und externe Feiheitsgrade (äußere Eigenschaften wie Position und Geschwindigkeit) zu kontrollieren. Den Nachweis aber musste man mit externen Detektoren durchführen, die sich verhältnismäßig weit vom Chip entfernt befanden. Sollten jedoch auch kurzlebige Quantenzustände der Moleküle sowie die räumliche Dynamik von Molekülwechselwirkungen untersucht werden, waren die langen Flugzeiten zu den Detektoren alles andere als günstig.
In ihrer neuesten Arbeit, publiziert in der Zeitschrift Physical Review Letters, beschreiben Silvio Marx und seine Kollegen, wie sie ihren Molekülchip so weiterentwickelt haben, dass die Moleküle in einer integrierten Detektionszone ionisiert werden. Diese Ionen werden mit Ionenoptiken (Metallelektroden, an die man eine elektrische Spannung anlegt, um die Ionen z.B. zu beschleunigen oder zu fokussieren), die ebenfalls im Chip integriert sind, befördert und mit weiteren Ionenlinsen auf einem Detektor abgebildet, der die ursprüngliche Verteilung der Moleküle im Raum anzeigt. Zudem kann dies zeitaufgelöst erfolgen, sodass man die zeitliche Entwicklung des Systems verfolgen kann. Das gibt den Wissenschaftlern wertvolle Informationen über die Zustandsverteilung der Moleküle, woraus man zum Beispiel die Temperatur der Moleküle ablesen kann.
Damit haben die Wissenschaftler eine Möglichkeit geschaffen, Moleküle auf einem Chip zu fangen, zu manipulieren und nachzuweisen - ein neuer und aussichtsreicher Weg, um kalte Moleküle zu erforschen.
Quelle: Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft