:: Physikalsche Kleinigkeiten ::
Chemische Physik

:: 25.9.04 ::, Permalink
Frieren beim Heizen
Französische Physiker haben eine Flüssigkeit entdeckt, die fest wird, wenn man sie erwärmt. Die Flüssigkeit ist ein Gemisch aus α-Cyclodextrine (αCD, einer Zuckerart), Wasser und 4-Methylpyridin (4MP, eine Toluol -ähnliche Verbindung ). Dieser komische Effekt, des Gefrieren beim Erwärmen, kommt von einer Strukturänderung der einen Komponente des Gemischs. αCD stülpt OH-Gruppen ab einer bestimmten Temperatur nach außen, die dann für Wasserstoff-Brückenbindungen mit Wasser oder 4MP zur Verfügung stehen und dann wird das Ganze fest. Komisch, aber war. (J. Chem. Phys. 121 (2004) 5031)


:: 20.9.04 ::, Permalink
Die Schokoladenseite der Physik
Wie ist die Kristallstruktur von Schokolade? Dieser Frage, die sich wie eine Scherzfrage anhört, sind Kristallographen aus den Niederlanden nachgegangen. In Schokolade spielt die Kakaobutter eine sehr wichtige Rolle für die Konsistenz und Beschaffenheit. Die Umkristallisation von Kakaobutter ist einer der Gründe, warum Schokolade nach falscher oder zu langer Lagerung - ohne größere Geschmacksänderung - unansehnliche weiße Beläge kriegt. Mit Synchrotronstrahlung - Licht bzw. hier Röntgenstrahlung, erzeugt an einem Elektronenspeicherring - kann man sehr gut die Kristallstruktur von anorganischen und organischen Materialien bestimmen. Für einen Teil der Kakaobutter - dem Triglycerid 1,3-distearoyl-2-oleoylglycerol; C57H108O6 - konnten die Forscher von der Universität Amsterdam nun die Kristallstruktur bestimmen. Damit kann man besser die Entstehung des weißen Belags auf der Schokolade verstehen und erste kommerzielle Anwendungen gibt es auch schon. (Peschar et al., J. Phys. Chem., im Druck)


:: 21.8.04 ::, Permalink
Flambierter Saphir
Glas besteht zum überwiegenden Anteil aus Siliziumdioxid. Man hat schon lange versucht aus anderen Materialien Gläser herzustellen - d.h. amorphe Festkörper, die keine bzw. sehr geringe kristalline Ordnung der Atome aufweisen. Bei manchen chemischen Verbindungen ärgert man sich, daß das nicht geht. Ein solches Material ist Aluminiumoxid (Al₂O₃). Aluminiumoxid tritt in vielen Variationen auf: z.B. Korund, Saphir und Rubin. Gerade die mechanischen Eigenschaften sind so gut, daß man gerne Glas aus diesem Material hätte. Bisher ging das aber nicht. Nun haben Forscher der Firma 3M es geschafft, mit einer speziellen Technik Glas aus Al₂O₃ herzustellen. Sie sprühten Pulver von Al₂O₃ durch eine sehr heiße Flamme in kaltes Wasser. Die Körnchen preßten sie dann bei hohen Temperaturen zusammen. Heraus kam etwas trübes, aber richtiges Glas - nur eben aus Al₂O₃. Und das tolle ist, wenn das Material noch etwas höher geheizt wird, so daß noch kleine Kristallite in dem Glas entstehen, dann ist das Material genauso hart wie Korund. Physikalisch interessant ist das ganze auch noch, da verschiedene Al₂O₃ Strukturen zu Phasenübergänge zwischen verschiedenen Glasarten führen. Da heißt ein Glaskörper aus Al₂O₃ kann bei Temperatur oder Druckänderung seine physikalischen Eigenschaften plötzlich ändern - ein Glas-Glas-Phasenübergang. (Nature 430 (2004) 761)


:: 16.8.04 ::, Permalink
Verzwirbelter Laser-Puls
Bisher waren die meisten Experimente zur Untersuchung von Atomen und Molekülen mit Lasern eher etwas grob. Man ballerte mit dem Laser auf die Atome und Moleküle und hoffte, daß das eine oder andere Teilchen einen Teil des Laserstrahls absorbiert. Nun ist es japanischen und deutschen Forschern gelungen, eine viel feinere Art der Untersuchung von Molekülen zu entwickeln. Dabei wir die Intensität und vor allem auch die Polarisation des Laserlichts während des Laser-Pulses so gesteuert, daß die Elektronen in Iod-Moleküle bzw. Kalium-Moleküle genau so einen Stoß kriegen, daß sie optimal aus dem Molekül heraus katapultiert werden, d.h. die Moleküle ionisiert werden. Interessant ist diese Art der Laserspektroskopie vor allem deshalb, weil damit Moleküle - oder sogar nur einzelne Teile von Molekülen - ganz gezielt in bestimmte Rotationszustände versetzt werden können, die sonst nur eher zufällig angeregt worden wären. (Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 208301 Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 208301)


:: 24.9.03 ::, Permalink
Fehlendes Atom gefunden
Die Oberfläche von Graphit ist einer der Oberflächen, bei der man am leichtesten mit einem Rastertunnelmikroskop atomare Auflösung erzielen kann. Die elektronische Struktur der Oberfläche führt aber dazu, daß man nur die Hälfte der Atome sehen kann. Mit einem speziellen Kombinationsmikroskop aus einem Rastertunnel- und einem Rasterkraftmikroskop haben jetzt Wissenschaftler in Augsburg alle Atome der Graphitoberfläche gesehen. Allerdings bei frostigen 5 K (5 Grad über dem absoluten Nullpunkt). (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.2134173100)


:: 9.9.03 ::, Permalink
Interferierende Biomeleküle
Das Teilchen auch Welleneigenschaften haben, hat man mittlerweile bei vielen Elementarteilchen gesehen. Auch bei Atomen und kleinen Molekülen kann man direkt die Welleneigenschaften beobachten. Jetzt ist es Physikern in Wien gelungen, mit große organische Moleküle (Tetraphenylporphyrin C₄₄H₃₀N₄) an einem Gitter Interferenzmuster zu erzeugen. Mit Fullerenen (C₆₀-Moleküle, Bucky-Balls) konnten die Wiener schon länger Beugungsmuster beobachten. Sie haben jetzt nun auch noch einen neuen Rekord für die Masse der interferierenden Moleküle aufgestellt: ein fluorinierter Buck-Ball (C₆₀F₄₈). (Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 090408)


:: 27.8.03 ::, Permalink
Riesige Heliummoleküle
Heliumatome neigen nicht gerade dazu, chemische Verbindungen einzugehen. Dennoch kann man es durch einen Trick schaffen, zwei Heliumatome dazu zu bringen, sich anzuziehen. Französische Physiker haben es nun geschafft, Heliummoleküle aus zwei Heliumatomen zu bauen , deren Ausmaße 150 - 1150 mal größer als die Heliumatome selber sind. (Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 073203)


:: 18.6.03 ::, Permalink
Winzige Atome sehen
Das Rastertunnelmikroskop kann Atome auf Oberflächen sehen. Die Atome im Inneren eines Kristalls kann man nur mit einem Elektronenmikroskop sehen. Schwierig sind dabei die kleinen Atome, wie Wasserstoff, Helium, Lithium,... Bei Lithium zum Beispiel war man sich sicher: Kann man nicht sehen. Jetzt konnten jedoch Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory eine Methode entwickeln, wie sie mit ihren Elektronenmikroskopen dennoch Lithium-Atome sichtbar machen kann. Sie haben es zuerst an LiCoO₂ gemacht, das in Lithium-Akkus zu finden ist. Zwar muß man am Anfang schon in etwa wissen, wo das Lithium-Atom sitzt. Aber dann kann man aus den unscharfen Rohdaten das Bild rekonstruieren. (Nature Materials (2003))


:: 17.6.03 ::, Permalink
Bunte Rastertunnelmikroskope
Mit dem Rastertunnelmikroskop kann man sehr schön, und auch vergleichsweise einfach (1. Preis bei Jugend Forscht), Atome auf Oberflächen sichtbar machen. Wenn zwei Atome auf der Oberfläche dicht beieinander liegen, ist es oft sehr schwierig, die beiden gut zu trennen. Eine neue Methode, zwei Atome mit kleinem Abstand zu trennen, haben Forscher aus Colorado entwickelt. Sie benutzen statt der herkömmlichen Metallspitzen zum Abtasten der Oberflächen Spitzen aus einem Halbleiter. Sie können dadurch geringfügige Unterschiede in der Bindung der Atome an die Unterlage erkennen, indem sie verschiedene Spannungen an die Spitze anlegen. Je nach Spannung sind dann mal die einen, mal die anderen Atome sichtbar.(Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 166101)
Siliziumoberfläche


:: 16.5.03 ::, Permalink
Albert Einstein
Albert Einstein geht am kommenden Montag ins Web: das Archiv entstand in Kooperation zwischen der Hebräischen Universität Jerusalem und dem Kalifornischen Institut für Technologie in Pasadena. (via: Schockwellenreiter) Unterbrochene Elektronenwellen
Manche Elektronen in Molekülen und Festkörpern sind überall und nirgends. Etwas genauer ausgedrückt: Die Elektronenwelle ist über das ganze Molekül oder den ganzen Festkörper verteilt. Ein schönes Experiment dazu haben Wissenschaftler in Kalifornien gemacht. Sie haben mit einem Rastertunnelmikroskop eine Kette aus 11 Goldatomen auf einer Nickel-Aluminium Oberfläche gebaut und genau auf die Mitte der Kette ein Kohlenmonoxid-Molekül gesetzt. Ohne Kohlenmonoxidmolekül sieht die Kette langweilig aus; nur ein strukturloser Streifen. Das dieses Strukturlose aber die Elektronenwelle ist, sieht man mit dem CO-Molekül: die Welle ist plötzlich unterbrochen. (Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 186102)



:: 9.5.03 ::, Permalink
Trockenes Wasser
Wasser ist eine merkwürdige Substanz (man muß ja nicht gleich an Polywasser denken). Wichtig ist es für uns natürlich deshalb, weil biologische Zellen hauptsächlich aus Wasser bestehen. Komisch wird es, wenn Wasser mit wasserabstoßenden Oberflächen - z.B. Proteinen - in Kontakt kommt. In übereinstimmenden Messungen mit unterschiedlichen Methoden wurde jetzt festgestellt, daß in unmittelbarer Nähe von wasserabweisenden Oberflächen die Dichte des Wassers geringer ist, als weit weg von der Oberfläche. Bei einigen Messungen wurden sogar winzige Gasbläschen an den Oberflächen gesehen. Ob diese Nanobläschen eine generelle Eigenschaft von wasserabweisenden Oberflächen sind oder erst durch die Messung erzeugt werden ist aber noch nicht klar. In jedem Fall können diese neuen Erkenntnisse viel zum Verständnis der Rolle von Wasser im Zellinneren und bei biochemischen Vorgängen beitragen.
(Nature 423 (2003) 25, Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 086101, Langmuir 19 (2003) 2409, Langmuir 19 (2003) 2284)


:: 7.5.03 ::, Permalink
Atom-Fußball
Einzelne Atome auf metallischen Oberflächen kann man bereits seit mehr als zehn Jahren bewegen. Bei dem Mikroskop, das dafür benutzt wird - dem Rastertunnelmikroskop, wird eine kleine Spannung zwischen einer sehr spitzigen Spitze, die sehr nahe über den Atomen steht, und der Oberfläche angelegt, so daß ein kleiner Strom durch die Lücke zwischen Spitze und Oberfläche fließt. So können dann Atome und Moleküle auf der Oberfläche hin- und herbewegt werden oder auch auf die Spitze aufgenommen und wieder abgesetzt werden. Bei Isolatoren geht das nicht, weil diese den elektrischen Strom nicht leiten. Mit einem Mikroskop, das nach einem anderen Prinzip funktioniert, ist das nun Forschern in Japan gelungen. Das von ihnen benutze Rasterkraftmikroskop benutzt auch eine Spitze, es werden aber nur die rein mechanischen Kräfte zwischen der Spitze und den Oberflächenatomen ausgenutzt. Ein Atom aus einer Siliziumoberfläche wurde dabei sozusagen 'rausgehämmert'.

(Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 176102)


:: 29.4.03 ::, Permalink
Schnelle Experimente mit Fermium
Fermium ist ein radioaktives Element, an dem bisher nur an einzelnen Atomen gemessen werden konnte. Natürlich vorkommen tut es nicht, und auch an Kernreaktoren ist die Entstehungsrate so klein, daß man gerade mal ein paar Milliarden Atome herstellen kann. Das ist für Atome so gut wie nichts. Und nach 20 Stunden ist die Hälfte der so erzeugten Atome auch schon wieder zerfallen. In einer Kooperation des Oak Ridge National Laboratory und der Universität Mainz ist es nun gelungen, zwei Energieniveaus der Elektronenhülle von Fermium zu vermessen. Die Schwierigkeit war, die wenigen Atome schnell von Oak Ridge, wo der Reaktor steht, nach Mainz zu bringen. Dort sind die diffizilen Messungen an den gerade mal 27 Milliarden Atomen gemacht worden. Fermium ist damit das schwerste Element bei dem solche Messungen bisher gelungen sind. Wichtig sind diese Messungen vor allem deshalb, weil bei diesen schweren Elementen die Elektronen sozusagen fast mit Lichtgeschwindigkeit im Atom hin und herflitzen und damit Einsteins (spezielle) Relativitätstheorie wichtig wird. Die Genauigkeit der Rechenmethoden für relativistische Elektronen in Atomen kann dadurch getestet werden. (Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 163002-1)


:: 22.01.2003 ::, Permalink
Stickstoff-Fußbälle
Fullerene (einer Modifikation des Kohlenstoff mit kugelförmigen Molekülen) haben seit ihrer Entdeckung für viel Forschungsaktivität gesorgt. Nun wollen brasilianische Forscher stabile Kohlenstoff-Kugelmoleküle gefunden haben, die kleiner als die bisher gefundenen sind und bei denen ein Teil der Kohlenstoffatome durch Stickstoff ersetzt ist. ( Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 015501)



:: 29.01.2003 ::, Permalink
Chemische Reaktionen unter Kontrolle
Experimentalphysikerinnen/Experimentalphysikern und theoretischen Chemikerinnen/Chemikern der Freien Universität Berlin ist es gelungen, mit kurzen Laserpulsen eine chemische Reaktion/Ionisation optimal zu steuern, um daraus den genauen Ablauf der Vorgänge in dem verwendeten Molekül (das organo-metallische CpMn(Co)₃, Cp=Cyclopentadienyl) zu entziffern. Der Clou bei der Sache ist ein (adaptiver) Lern-Algorithmus, der die Laserpulse so verändert,dass die Ausbeute der Reaktion optimal ist. Aus dieser optimalen Puls-Folgekonnten dann die Theoretikerinnen/Theoretiker auf die einzelnen Mechanismender Reaktion schließen.
Die Steuerung chemischer Reaktionen ist sehr schön auf den Seiten der AG Gerber (Uni-Würzburg) beschrieben.(Science 299 (2003) 536)



:: 18.12.2002 ::, Permalink
Chemische Reaktionen live mitverfolgen? Mit dem Rastertunnelmikroskop geht das. Jetzt ist es Klaus Kern und Mitarbeitern am Max-Planck Institut für Festkörperforschung in Stuttgart gelungen, die Bildung eines Metall-Komplexes auf einer Kupferoberfläche direkt zu sehen.Vier 1,3,5-Benzoltricarbonsäure-Moleküle (tma) fangen ein herumwanderndes(diffundierendes) Atom ein bilden zusammen ein Kleeblatt, den Cu(tma)₄-Komplex. Hier noch ein Film der Reaktion. (Angew. Chemie 114 (2002) 4973, J. Am. Chem. Soc. 124 (2002) 14000)





:: 08.11.2002 ::, Permalink
Immer wieder schön anzusehen: Atome auf Oberflächen aufgenommen mit einem Rastertunnelmikroskop. Natürlich werden die Bilder erst durch Bildverarbeitung schön, aber es sind echte Bilder von Atomen!


Eisenatome auf einer Kupferoberfläche. Aufgenommen bei IBM-Almaden (D. Eigler)


:: 28.10.2002 ::, Permalink
Bei IBM/Almaden haben die Tunnelmikroskopiker wieder einmal eine tolle Sache realisiert: Logik mit Molekülen auf einer Oberfläche.



:: 12.12.2002 ::, Permalink
Diamanten in Rohöl? Na, nicht ganz, aber einige wenige Kohlenstoffatome, die die Kristallstruktur von Diamanthaben und mit Wasserstoffen am Rand des Kriställchens versehen sind, sindim Rohöl vorhanden. Die kleinsten solcher Moleküle (sogenannte Adamanten) hat man schon früher in Rohöl gefunden. Jetzt hat man aber in Öl aus dem Golf von Mexiko größere Diamandoide (Polymantane) gefunden. (J. E. Dahl et al., Science, im Druck)





:: 30.10.2002 ::, Permalink
Zur der Meldung von gestern mit den logischen Schaltungen auf Kupferoberflächen:Gerd Meyer (früher FU-Berlin und PDI-Berlin, jetzt IBM-Rüschlikon) hatte schon viel Erfolg mit u.a. mit CO-Molekülen auf Kupferoberflächen:Hier und hier und hier, hier und hier.



:: 24.10.2002 ::, Permalink
Den Auger-Prozess(Röntgen rein in Atom, Elektron raus, bleibt Loch, anderes Elektron hüpftin Loch, drittes Elektron nimmt Energie des zweiten und fliegt aus Atom)direkt live mitverfolgen: Mit attosekunden (10^-18 s) langen (kurzen) Röntgenpulsen.