Laserblick auf zerfallende Moleküle

Neue Methode offenbart sowohl Dynamik chemischer Reaktionen als auch Strukturänderungen der Moleküle

Zerfallendes Brom-Molekül
Zerfallendes Brom-Molekül

Ottawa (Kanada) - Mit Laserblitzen, die ein Billionstel mal kürzer sind als die Dauer eines Augenlidschlags, können Physiker den Verlauf von chemischen Reaktionen beobachten. Offenbarte sich bisher mit diesen Femtosekunden-Pulsen nur die Bewegung der Elektronen, kann eine neue Methode auch die Strukturänderungen der an der Reaktion beteiligten Moleküle analysieren. Über diesen Fortschritt der Kurzzeitspektroskopie berichten kanadische Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Nature".

Paul Corkum und seine Kollegen von der Universität Ottawa testeten ihr neues Verfahren an einem einfachen Molekül aus zwei Brom-Atomen. Exakt aufeinander abgestimmt schickten sie ultraviolette und infrarote Laserblitze auf dieses Molekül. Dadurch wurden die äußeren Elektronen angeregt und verursachten den Zerfall des Moleküls in zwei einzelne Atome. Sowohl die Phasen als auch die Amplituden der Anregungsschwingungen konnten sie mit einem empfindlichen Spektrometer messen. Aus diesen Daten schließlich rekonstruierten sie den Verlauf dieses Molekül-Zerfalls sowie die dabei auftretenden Strukturänderungen.

Mit dieser Methode können die Dynamik chemischer Prozesse und die elektronischen Strukturänderungen bis auf einige Attosekunden genau verfolgt werden. Das ist etwa tausendmal schneller als die Länge der verwendeten Laserpulse. Die Forscher versprechen sich damit genauere Einblick in photochemische Reaktionen, die beispielsweise in Solarzellen, bei der Photosynthese in Pflanzen oder in der Atmosphäre auftreten.