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Vibrationen von Molekülen dargestellt und untersucht
Ein TBTAP-Molekül auf einer Silberoberfläche ist zunächst negativ geladen. Wird an die Spitze eines Rastertunnelmikroskops (STM) eine positive Spannung angelegt und diese nah an das Molekül gebracht, kommt es zu einer Entladung des Moleküls. Diese Entladung geschieht nicht in einem Zug, sondern oszillierend. (Animation: Departement Physik, Universität Basel)
Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine neue Methode entwickelt, um die Vibration von Molekülen darzustellen. Die Forschenden rund um Professor Ernst Meyer vom Departement Physik der Universität Basel haben dazu ein bestimmtes Pyren-Molekül auf einer Silberoberfläche mithilfe eines Rastertunnelmikroskops untersucht. Das Verständnis der Molekülvibration ist von entscheidender Bedeutung in weiten Bereichen der molekularen Elektronik, Spintronik oder bei der Entwicklung von Quantencomputern, da durch die Vibrationen die Transporteigenschaften und die Spin-Dynamik beeinflusst wird. Die Arbeiten wurden kürzlich im Wissenschaftsjournal «Nature Communications» veröffentlicht.
Für ihre Untersuchungen haben die Forschenden ein sogenanntes TBTAP-Molekül auf einer Silberoberfläche platziert. Bei Kontakt mit der Oberfläche lädt sich das Molekül zunächst negativ auf. Wird an die Spitze eines Rastertunnelmikroskops (STM) dann eine positive Spannung angelegt und diese nah an das Molekül gebracht, kommt es zu einer Entladung des Moleküls.
Die Physikerinnern und Physiker konnten nun beobachten, dass die Entladung nicht in einem Zug passiert, sondern oszillierend – was anhand von sogenannten Coulomb-Ringen auch auf den STM-Bildern erkennbar ist. Theoretische Berechnungen gaben eine gute Übereinstimmung mit den Messdaten.
Verschiedene Anwendungen denkbar
Die Möglichkeit Molekül-Vibrationen auf Oberflächen zu beobachten, ist beispielsweise für die Untersuchung des Energieverlusts (Dissipation) beim Stromtransport von grosser Bedeutung, da auch die Energieverluste durch Schwingungen zustande kommen. Nach einer Verfeinerung der Methode ist auch eine Identifikation der Moleküle denkbar – ähnlich wie bei spektroskopischen Methoden – da die Vibrationen spezifisch für bestimmte Moleküle sind.
Die Untersuchungen beruhen auf einer Zusammenarbeit von Forschenden der Universitäten Basel, Freiburg, Bern, und Salzburg.
Forschungsgruppe Prof. Ernst Meyer, Force Microscopy Lab