Tunneleffekt in Elektronenhülle: Auch innere Elektronen ionisieren

Deutsche und kanadische Physiker entdecken in einem Salzsäure-Molekül einen bisher unbekannten Übergang von Elektronen

Tunneleffekt
Tunneleffekt

Frankfurt/Ottawa (Kanada) - Wenn Elektronen nicht genug Energie zur Flucht haben, graben sie sich einen Tunnel. So reichen gemäß den Gesetzen der Quantenmechanik infrarote Laserpulse aus, um ein Elektron über den Tunneleffekt aus seiner Umlaufbahn um ein Atom oder Molekül zu schlagen. Deutsche und kanadische Physiker untersuchten diesen Effekt nun bei einem Salzsäure-Molekül genauer und entdeckten quasi einen neuen "Tunnel", der selbst weiter innen gebundenen Elektronen die Flucht ermöglicht. Dieses Experiment präsentieren sie in der Zeitschrift "Science".

Reinhard Dörner von der Universität Frankfurt und seine Kollegen vom National Research Council in Ottawa drangen für die Messungen in die tieferen Schichten eines Salzsäuremoleküls vor. Genau justiert schossen sie kurze Laserpulse auf die verschiedenen Elektronen, die das Molekül zusammenhalten und es umfliegen. Zu ihrer Überraschung gelang dadurch über einen Tunneleffekt nicht nur den äußersten Elektronen die Flucht vom Molekül. In seltenen Fällen schafften es auch weiter innen liegende Ladungsträger, sich von ihrer angestammten Flugbahn zu verabschieden und ein ionisiertes Molekül zu hinterlassen.

Möglich wurden dies Messungen, in denen der Ursprung der Elektronen genau bestimmt werden konnte, durch aufwändige Messapparaturen. "Dank einer in Frankfurt entwickelten Technik konnten wir die Bruchstücke des Moleküls zusammen mit dem aus dem Inneren entkommenen Elektron sichtbar machen", sagt Dörner. Nach diesem Experiment könnten nun auch andere Moleküle außer Salzsäure auf ähnliche, selten auftretende Tunneleffekte untersucht werden. Sollte sich das bisher nicht für möglich gehaltene Verhalten der Elektronen bestätigen, könnte eine Korrektur der quantenmechanischen Gesetze zur Erklärung des Tunneleffekts nötig werden.