Radikal trifft Quantenflüssigkeit: Eine unterkühlte Begegnung
NO im Heliumnanotröpfchen beobachtet
RUB-Chemiker berichten in Physical Review Letters
In einem fünf Nanometer kleinen Ball aus supraflüssigem Helium haben Bochumer Chemiker um Prof. Dr. Martina Havenith-Newen (Lehrstuhl für physikalische Chemie II) bei -272,78°C – nur 0,37°C über dem absoluten Nullpunkt – ein Stickstoffoxid(NO)-Molekül eingefangen. Mittels eines hochauflösenden Infrarotlasers, der einen charakteristischen chemischen Fingerabdruck liefert, konnten die Forscher erstmals Informationen über die Wechselwirkung zwischen dem NO-Molekül und seiner Umgebung herausfinden. Über ihre Ergebnisse berichten sie in der aktuellen Ausgabe von „Physical Review Letters“.
Nanotröpfchen beeinflusst Einzelelektron fast nicht
Das sog. Heliumnanotröpfchen besitzt bei ultrakalten Temperaturen seltsame Eigenschaften: Es ist supraflüssig, d.h. es hat keine Reibung. „Ein Molekül kann daher reibungslos in dem Heliumnanotröpfchen rotieren“, erklärt Prof. Havenith-Newen, „und das konnten wir beim NO direkt beobachten.“ Während in normalen Molekülen nur gepaarte Elektronen auftreten, handelt es sich beim NO um ein „Radikal“: Es hat ein einzelnes ungepaartes Elektron, was typisch ist für besonders reaktive Moleküle. Erstmals konnten die Chemiker detailliert untersuchen, wie das Heliumnanotröpfchen die Elektronen beeinflusst – nämlich fast gar nicht: Der infrarote Fingerabdruck des NO im Heliumnanotröpfchen ist fast identisch mit dem Fingerabdruck des NO Moleküls im Vakuum.
Nanolabor für die Zukunft
Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Zukunft: „Supraflüssige Heliumnanotröpfchen sind Erfolg versprechende Nanolaboratorien, womit man chemische Reaktionen bei ultrakalten Temperaturen untersuchen kann“, so Prof. Havenith-Newen. Außerdem zeigte das Infrarotspektrum die seltsame Quantennatur des supraflüssigen Heliumnanotröpfchens.
Titelaufnahme
K. von Haeften, A. Metzelthin, S. Rudolph, V. Staemmler, M. Havenith, et al.: High-resolution spectroscopy of NO in helium droplets: A prototype for open shell molecular interactions in a quantum solvent. In: Physical Review Letter, Vol. 95, doi: 10.1103/PhysRevLett.95.215301
He-Nanotröpfchen
Im winzigen Tröpfchen supraflüssigen Heliums kann das NO-Molekül reibungslos rotieren.
Prof. Dr. Martina Havenith-Newen, Lehrstuhl für physikalische Chemie II, NC 7/72, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24249, Fax: 0234/32-14183 martina.havenith@rub.de
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