Wenn Moleküle Schmetterlingen ähneln

  • 06. October 2016

Exotische Moleküle zeigen ungewöhnliche elektronische Eigenschaften.

Physiker der TU Kaisers­lautern um Herwig Ott haben gemeinsam mit Forscher­kollegen um Chris Greene von der US-ameri­kanischen Purdue University erstmals eine neuartige Form von Molekülen beobachten können. Die soge­nannten Schmet­terlings­moleküle entstehen, wenn Elektronen mittels Laser­strahlung auf eine weit vom Atomkern entfernte Bahn gebracht werden und mit Atomen in der Umgebung wechsel­wirken.

Abb.: Die Elektronenverteilung in einem Rydbergatom ähnelt einem Schmetterling. (Bild: AG Ott)

Abb.: Die Elektronenverteilung in einem Rydbergatom ähnelt einem Schmetterling. (Bild: AG Ott)

Bei Tempe­raturen von nur wenigen milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt eröffnet sich die Welt der Quanten­mechanik. „Dabei können Phänomene beobachtet werden, die sich sonst dem Betrachter verschließen“, sagt der Physiker Herwig Ott, der an der TU Kaisers­lautern mit seiner Arbeits­gruppe die mikro­skopische Struktur von ultra­kalten Quanten­gasen erforscht. Ein Beispiel dafür sind Schmet­terlings­moleküle, die die Kaisers­lauterer Wissen­schaftler zusammen mit ihren ameri­kanischen Kollegen nun erstmals beobachtet haben. „Diese exotischen Moleküle entstehen bei Rydberg­atomen, bei denen ein Elektron mittels eines Lasers auf weit entfernte Bahnen um den Atomkern gebracht wird und durch Stöße mit einem Atom in der Umgebung wechsel­wirkt“, so Ott. Dieser Bindungs­mechanismus ist noch nicht lange bekannt und kann mit keinem her­kömmlichen chemischen Modell beschrieben werden.

In diesen Molekülen verteilt sich das Elektron derart im Raum, dass seine Auf­enthalts­wahrschein­lichkeit die Form eines Schmetter­lings wider­spiegelt. „Solche Moleküle weisen außer­gewöhnliche Eigen­schaften bezüglich ihrer Bindungs­länge und ihrer elek­trischen Wechsel­wirkung auf“, sagt der Physiker. Sie erlauben nicht nur Einblicke in eine neue Klasse funda­mentaler chemischer Prozesse, sondern bieten in der Zukunft auch neuartige Ansätze in der physika­lischen Grundlagen­forschung und der Quanten­informations­verarbeitung.

TU Kaiserslautern / JOL

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