Auf dem Weg zum Designermolekül

Jan Oliver Löfken

Blick in eine physikalische Apparatur mit einem quaderförmigen, grell erleuchteten Bereich in der Mitte.

L. R. Liu et al./Harvard University

Chemische Reaktionen finden durch zufällige Zusammenstöße zwischen Atomen und Molekülen statt. Neue Synthesemethoden benötigen zwar immer kleinere Mengen der Ausgangssubstanzen. Doch es geht noch sparsamer: Physikern ist es nun gelungen, zwei einzelne – in optischen Fallen gefangene – Atome kontrolliert miteinander reagieren zu lassen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, ließen sich mit dieser Methode chemische Reaktionen auch auf der atomaren Ebene analysieren.

Für das Experiment wählte Lee Liu von der Harvard University in Cambridge gemeinsam mit seinen Kollegen die beiden Alkalimetalle Natrium und Cäsium aus. Zunächst fingen die Forscher die Atome getrennt voneinander in zwei sogenannten optischen Pinzetten ein. In solchen optischen Fallen werden die Atome mithilfe von Laserlicht festgehalten. Die Wellenlänge zum Einfangen des Natriumatoms betrug dabei 700 Nanometer, für das Festhalten des Cäsiumatoms 976 Nanometer. Die gefangenen Atome kühlte das Team auf minus 273,14 Grad Celsius ab – also fast bis auf den absoluten Nullpunkt.

Indem Liu und seine Kollegen die beiden gefangenen Atome immer näher zusammenbrachten und einen zusätzlichen Lichtpuls einstrahlten, konnten diese schließlich miteinander reagieren: Aus den beiden einzelnen Atomen bildete sich ein Molekül. Mithilfe von spektroskopischen Methoden konnten die Forscher nicht nur die einzelnen Atome, sondern auch das daraus entstandene Molekül genau analysieren. „Es ist uns gelungen, mit Lasern einzelne Atome zu manipulieren und eine chemische Reaktionen zwischen ihnen in Gang zu setzen“, fasst Liu zusammen.

Zukünftig könnte dieses Grundlagenexperiment bedeutend für die Analyse chemischer Reaktionen sein. Möglicherweise ließen sich eigens konzipierte Moleküle mit dieser Methode gezielt Atom für Atom zusammenfügen. Solche Designermoleküle könnten wiederum als neuartige Qubits für den Bau von Quantencomputern dienen.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/news/2018/auf-dem-weg-zum-designermolekuel/