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Montag, 23.01.2017
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Supercoole Moleküle

Neuartige Laserkühlung für komplexe Systeme entwickelt

Bislang konnten nur Atome mithilfe von Laserlicht bis auf den absoluten Temperatur-Nullpunkt, also Null Kelvin oder -237 Grad Celsius abgekühlt werden. Ein internationales Forscherteam hat nun in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" eine neuartige Laserkühlung vorgestellt mit der es möglich ist, auch komplexere Systeme wie Moleküle „supercool“ zu machen.
Auf diesem Weg hoffen die Wissenschaftler jetzt Einblicke in die innere Struktur von Molekülen sowie die Abläufe chemischer Reaktionen zu erhalten. Denkbar ist auch, dass bei derart tiefen Temperaturen neuartige Interaktionen und Effekte auftreten.

Laserlicht

Laserlicht

Für den Nachweis des Bose-Einstein-Kondensats gab es 1997 den Nobelpreis. Denn in diesem Materiezustand befinden sich Atome am absoluten Temperatur-Nullpunkt, also Null Kelvin oder -237 Grad Celsius. Dieser Durchbruch gelang dank der Kühlung durch Laserlicht, was mittlerweile als äußerst effektives Werkzeug für atomare Gase genutzt wird wie auch bei Experimenten, in denen kalte Atome unter anderem für Präzisionsmessungen verwendet werden.

Doch nicht nur Atome bei Tiefsttemperatur, auch ultrakalte Moleküle sind für die Forschung außerordentlich interessant. Doch bislang galt es als nahezu oder sogar ganz ausgeschlossen, diese komplexen Strukturen optisch zu kühlen. Denn Moleküle setzen sich aus mehreren Atomen zusammen und zeigen damit nicht nur eine äußere Bewegung, sondern auch innere Freiheitsgrade, etwa Schwingungen und Rotationen. Und Kühlung bedeutet nichts anderes als die Verlangsamung von Bewegung.


Unerwünschte Heizeffekte


"Durch die inneren Freiheitsgrade entstehen unerwünschte Heizeffekte", so Professor Regina de Vivie-Riedle vom Department Chemie und Biochemie der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München. Die lassen sich aber nicht ohne Weiteres verhindern. So konnten bislang nur einzelne Atome stark abgekühlt und dann nahe am Nullpunkt zu Molekülen verbunden werden. Schon diese ersten Erfolge erlaubten wichtige Einblicke in die innere Bindung von Molekülen.

Die neu entwickelte Methode erweitert jetzt das Spektrum. Denn damit können die Bewegung von Molekülen durch den Raum sowie deren Schwingungs- und Rotationsbewegung gleichzeitig gekühlt werden. Das Verfahren beruht auf der Kombination aus Laserlicht und einem optischen Resonator, der aus zwei hochwertigen Spiegeln besteht.

Zwischen zwei Spiegeln


In deren Zwischenraum können alle Zustände eines Moleküls gezielt mit Hilfe der hochpräzisen Laser kontrolliert und so die Bewegungen auf ein Minimum reduziert werden. Die Ergebnisse basieren auf hochmodernen quantenchemischen Simulationen für ein Testmolekül, das so genannte OH-Molekül.

"Sie zeigen, dass in Sekundenbruchteilen Schwingung und Rotation im OH-Molekül vollständig gekühlt werden können", so de Vivie-Riedle. "Gleichzeitig erfolgt die Kühlung der externen Bewegung auf Temperaturen von wenigen Mikrokelvin. Unser Ansatz eröffnet neue Perspektiven für die Präparation und Kontrolle ultrakalter komplexer Systeme."
(idw - Universität München, 15.08.2007 - DLO)
 
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