Molekül wird mit Licht geteilt

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Forschung
04/23/2014

Mit extrem kurzen Laserblitzen chemische Prozesse steuern

Forscher der TU Wien können durch Veränderung der Eigenschaften des Laserpulses gezielt die Zusammensetzung des chemischen Endprodukts bestimmen.

Wissenschaftern der Technischen Universität (TU) Wien ist es gelungen, mit Hilfe extrem kurzer Laserblitze chemische Reaktionen zu steuern. Durch Veränderung der Eigenschaften des Laserpulses kann gezielt die Zusammensetzung des chemischen Endprodukts bestimmt werden, berichten die Forscher in zwei Publikationen in den Fachjournalen "Physical Review Letters" und "Physical Review X".

Üblicherweise kann man den Ablauf einer chemischen Reaktion nicht direkt beeinflussen - die Vorgänge laufen von alleine ab, Moleküle streben nach einem möglichst günstigen Energiezustand. Den TU-Forschern ist es aber gelungen, die Elektronenverteilung in einem Molekül gezielt zu stören. Damit wurden chemische Vorgänge eingeleitet und schließlich Atomkerne voneinander getrennt. Konkret konnten sie so Kohlenwasserstoffe wie Ethylen (C2H4) oder Acetylen (C2H2) mit Laserpulsen gezielt aufspalten.

Kontrolle

"Wir verwenden dazu zwei verschiedene Laserpulse", erklärt Markus Kitzler vom Institut für Photonik der TU Wien in einer Aussendung. Der erste Laserpuls dauert etwa 50 Femtosekunden (eine Femtosekunde ist der billiardste Teil einer Sekunde) und versetzt die Moleküle in unterschiedlich schnelle Drehung. Dadurch richten sich die Moleküle alle in ungefähr derselben Richtung aus. Ein zweiter, weniger als fünf Femtosekunden kurzer Laserpuls ändert dann den Zustand der Elektronen bzw. reißt diese aus dem Molekül heraus.

Werden genau die richtigen Elektronen aus dem Molekül entfernt, kann es an einer gewünschten Stelle auseinanderbrechen. "Verschiedene Reaktionspfade sind möglich, wir können diese nun erstmals voneinander unterscheiden und gezielt steuern, welcher Pfad eingeschlagen werden soll", erklärte Kitzler. Durch Veränderung verschiedener Werte wie die Ausrichtung der Moleküle durch den ersten Laserpuls bzw. die Dauer und Intensität des zweiten Laserpulses lässt sich die Zusammensetzung der chemischen Endprodukte gezielt steuern.