Elektrobremse für Moleküle

Berliner Wissenschaftler bauen ersten Prototyp für ein chemisches Gas-Labor, das auf einen winzigen Chip passt

Chiplabor
Chiplabor

Berlin - Durch winzige Kanäle können auf Laborchips bereits kleinste Flüssigkeitsmengen analysiert werden. Berliner Wissenschaftler gingen nun einen Schritt weiter und entwickelten eine Falle für Gasmoleküle. Sie konstruierten einen Chip, in dem mit elektrischen Feldern Gasmoleküle gezielt abgebremst und wieder beschleunigt werden können. Diese Entwicklung, die zur Untersuchung von Quantenzuständen einzelner Moleküle geeignet ist, präsentieren sie in der Zeitschrift "Science".

"Da wir jetzt auch Moleküle auf Chips fangen können, ermöglichen wir viele neue physikalische Experimente", sagt Gerard Meijer vom Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin. Über eine filigrane Trichter-Struktur leiteten sie Kohlenmonoxid-Gas in einer Vakuumkammer auf einen Chip mit 1254 nur zehn Mikrometer breiten Elektroden aus Gold. An diesen Elektroden legten sie ein elektrisches Wechselfeld, das die mit 325 Meter pro Sekunde überschallschnellen CO-Moleküle einfangen kann. Einmal so fixiert, können die Spannungen so geregelt werden, um die Moleküle nach und nach abzubremsen. Danach lassen sie sich auch wieder beschleunigen und über eine Flugzeit-Fokussierung auf einem Detektor nachweisen.

"Wir hoffen, dass wir dabei Quanteneffekte beobachten können, die bislang experimentell kaum nachweisbar waren", sagt Meijer. Und auch eine Anwendung zur Entwicklung von Quantencomputern, die mit einzelnen Molekülen rechnen, will er nicht ausschließen. In weiteren Versuchen wollen die Forscher nun auch andere polare Moleküle wie Wasser oder Ammoniakgas einfangen. Damit ließen sich auch chemische Reaktionen mit einzelnen Gasmolekülen durchführen und analysieren. Doch bis zu einem Gaschip, in dem mehrere Gasströme abgebremst und miteinander zur Reaktion gebracht werden, ist der Weg noch weit. Dennoch können Chemiker auf ein neues Werkzeug hoffen, das im kleinsten Maßstab die Effizienz ihrer Prozesse steigern kann.