Große organische Moleküle zeigen Wellencharakter

  • 15. August 2011

Interferometrie-Experimente mit speziell synthetisierten fluorierten Porphyrinen loten die Grenzen der Quantenmechanik aus.

Chemiker der Universität Basel konnten Moleküle herstellen, die sich besonders gut für eine spezielle Art von Interferometrie eignen. Damit konnten Physiker der Universität Wien erstmals den quantenmechanischen Welle-Teilchen-Dualismus mit großen organischen Molekülen untersuchen. Hierbei interessiert insbesondere die Frage, wie sich die innere Struktur und die Dynamik komplexer Teilchen auf das Wellenverhalten ihrer Schwerpunktsbewegung auswirken – die Grauzone zwischen Quantenwelt und klassischer Mechanik.

Die Forscher stellten sieben hochfluorierte Porphyrin-Derivate für den Einsatz in der Molekülinterferometrie her.

Abb.: Die Forscher stellten sieben hochfluorierte Porphyrin-Derivate für den Einsatz in der Molekülinterferometrie her. (Bild: Wiley-VCH)

Um den Übergang zwischen der Quantenwelt und der klassischen Mechanik zu verstehen, ist es wichtig, Moleküle mit zunehmender Masse und Komplexität zu untersuchen. Für Interferenzexperimente sind zur Erzeugung des Molekularstrahls Verbindungen nötig, die einen hohen Dampfdruck haben, auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben und leicht ionisierbar sind. Die zwei ersten Eigenschaften weisen hoch fluorierten Verbindungen auf. Um hohe Molekulargewichte und gute Ionisierungseigenschaften zu erreichen, wählten die Basler Chemiker um Marcel Mayor einen Ansatz, bei dem sie verzweigte fluorierte Gruppen an einen Porphyrin-Kern anhängten.

Damit konnten sie einen bestimmten Massenbereich abdecken und das Moleküldesign bezüglich der gewünschten Eigenschaften verbessern. Durch die modulare Synthesestrategie, bei der zunächst die peripheren fluorierten Bausteine synthetisiert und danach an das Porphyrin-Zentrum gekoppelt werden, ist es leicht möglich, die Molekülstrukturen zu modifizieren und im Hinblick auf die Interferenzexperimente zu optimieren.

Sieben der von ihnen synthetisierten fluorierten Porphyrinen eigneten sich für die Molekülinterferometrie-Experimente und zählen damit zu den größten Objekten, die Welleneigenschaften zeigten. Die Experimente tragen deshalb dazu bei, die Grenzen der Quantenmechanik zu erforschen. Im Vordergrund steht dabei die Frage, ob es für den Welle-Teilchen-Dualismus praktische oder prinzipielle Grenzen für Masse und Komplexität gibt. In Zukunft soll daher über die modulare Synthesestrategie die Komplexität solcher Verbindungen erhöht werden, um Interferenzexperimente mit noch größeren Objekten zu ermöglichen.

U. Basel / OD

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