Wie schwingt ein Molekül, wenn es berührt wird

Physik-News vom 17.04.2018


Physiker aus Regensburg, Kanazawa und Kalmar untersuchen Einfluss eines äußeren Kraftfeldes

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines äußeren Kraftfeldes durch die Spitze eines Rastersondenmikroskops auf die Schwingungen eines Kohlenstoffmonoxidmoleküls (CO, schwarze und rote Kugeln im Bild unten) untersucht, welches an eine Kupferoberfläche gebunden ist. Die Messungen wurden am Institut für Experimentelle und Angewandte Physik an der Universität Regensburg im Utrahochvakuum bei -269 °C mit einer Kombination dreier Verfahren, der Rastertunnelmikroskopie, Tunnelspektroskopie und Kraftmikroskopie durchgeführt.


Eine von oben sich nähernde Abtastspitze eines Rastersondenmikroskops verändert durch sein Kraftfeld die Schwingungsfrequenz des Moleküls und ermöglicht Rückschlüsse auf die genauen Bindungskräfte.

Publikation:


Norio Okabayashi, Angelo Peronio, Magnus Paulsson, Toyoko Arai and Franz J. Giessibl
Vibrations of a molecule in a externa force field
PNAS

DOI: 10.1073/pnas.1721498115



Das CO Molekül oszilliert auf der Oberfläche ähnlich wie ein auf den Kopf gestelltes Pendel. Die Molekülschwingungen liefern wichtige Informationen über den Charakter der Bindung des Moleküls zur Oberfläche, welche für technologisch wichtige Prozesse wie Katalyse und atomares Schichtwachstum wichtig sind. Wie erwartet hat die Kraft, die die Spitze des Mikroskops (siehe Bild) auf das Molekül ausübt, die Schwingungsfrequenz verändert – anziehende Kräfte erhöhen die Frequenz, abstoßende verringern sie.

Die Daten verrieten aber auch, dass sich die Bindung des CO Moleküls unter der Zugkraft der Spitze abschwächt. Damit wurde direkt beobachtet, wie eine chemische Bindung unter der Zugkraft eines neuen Bindungspartners schwächer wird. Die Beobachtung ist wichtig, weil häufig vor der Bildung einer chemischen Bindung bestehende Bindungen aufgebrochen werden müssen.


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