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Kohärente Elektronendynamik und Dephasierung von Elektronen in isolierten Molekülen und molekulare Nanoarchitekturen
- Abtasten elektronischer Prozesse in molekularen Systemen
Wellenpakete enthalten mehrere Wellen und haben eine zeitliche wie auch räumliche Ausdehnung: je mehr Frequenzen sie enthalten, desto kürzer ist das Paket. Traum der Physiker ist es, eines Tages die Bewegung von elektronischen Wellenpaketen kontrollieren zu können: auf atomarer Ebene und in kürzeren Zeiträumen, als die Atome sich bewegen. Besonders interessant sind dabei sowohl inter- wie intramolekulare Ladungs- und Energietransporte und die Dephasierung, also das „Außer-Tritt-Geraten“ von Elektronen, die sich an unterschiedlichen Positionen in Molekülen aufhalten. Laserpulse mit nur wenigen Schwingungen im UV- und fernen UV-Bereich könnten dann Elektronenwellenpakete in einem Molekül kontrolliert bewegen und damit Reaktionen in Gang setzen.
Eine solche Steuerungsmöglichkeit kann viele offene Fragen beantworten:
Wie entsteht die Bewegung von Wellenpaketen in isolierten Molekülen und wie können Elektronen in molekularen Nanobauteilen bewegt werden? Wie ist ihre Energie verteilt? Hängt die Energieverteilung von der Position ab? Wie kann die Dynamik durch Laser gesteuert werden?
- Beispiel für ein supramolekulares System: Die Aminosäure L-Methionin ordnet sich von selbst als ein biomolekulares Gitter an.
Um Antworten auf diese Fragen zu finden, experimentieren die MAP-Physiker mit einzelnen Molekülen in der Gasphase und mit supramolekularen Systemen auf Oberflächen.
Viele Geräte des täglichen Lebens erhalten einen „Mehrwert“ durch spezielle Nanobausteine auf Oberflächen, die sich sehr flexibel anpassen lassen: sie können magnetisch oder leitfähig sein, als „Behälter“ für lichtempfindliche Substanzen (Fotoschalter) dienen oder wie im Katalysator giftige Substanzen abtrennen und unschädlich machen. Die Möglichkeiten sind nahezu unbegrenzt, sofern die Prozesse zwischen Atomen und Elektronen und der Oberfläche auf einer atomaren Längenskala und in der atomaren Zeitskala genau genug untersucht werden können. MAP-Physiker frieren dazu die Moleküle und Atome ein, so dass sie sich gerade noch selbst anordnen können, aber nicht mehr mit dem Substrat interagieren können. Auch hier dienen ihnen geeignete Attosekundenpulse sowohl zur Anregung als auch zur genauen Betrachtung der Folgen.
Prof. Dr. Johannes Barth