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Das Unsichtbare sichtbar machen#

ForscherInnen messen Elektronenorbitale von Molekülen in 3D#

Photonen schießen Elektronen aus einer Schicht von Molekülen auf einer Silberoberfläche, was die Rekonstruktion von Molekülorbitalen ermöglicht., Foto: © Lüftner/Institut für Physik der Uni Graz.
Photonen schießen Elektronen aus einer Schicht von Molekülen auf einer Silberoberfläche, was die Rekonstruktion von Molekülorbitalen ermöglicht.
Foto: © Lüftner/Institut für Physik der Uni Graz.

Vielen sind sie vielleicht noch aus dem Schulunterricht bekannt: Oftmals als bunte Wolken oder Ballons dargestellt, geben Elektronenorbitale Auskunft über den Aufenthaltsort der Elektronen von Atomen und Molekülen. WissenschafterInnen der Karl-Franzens-Universität Graz, des Forschungszentrums Jülich und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Berlin ist es nun gelungen, diese Gebilde in allen drei Dimensionen experimentell zu erfassen. Für ihre Untersuchung nutzten sie die Weiterentwicklung einer Methode, mit der sie die Orbitale vor zwei Jahren bereits zweidimensional sichtbar machen konnten. Ihre Ergebnisse haben sie im Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlicht.

In der Physik werden Elektronen nicht nur als Teilchen, sondern auch als Wellen behandelt. Diese Wellennatur lässt sich über die räumliche Wellenfunktion, das Orbital, beschreiben. „Orbitale beinhalten Informationen über die räumliche Verteilung der Elektronen bei einer bestimmten Energie. Sind sie bekannt, lassen sich alle relevanten Eigenschaften eines Materials ableiten“, erklärt Assoz.-Prof. Dr. Peter Puschnig von der Karl-Franzens-Universität Graz. Die Gesetze der Quantenmechanik bringen es mit sich, dass man nicht direkt beobachten kann, wie sich ein Elektron als Welle ausbreitet. Doch vor rund zwei Jahren gelang es den Grazer und Jülicher ForscherInnen erstmals, auch solche Orbitale zu erfassen, die sich über größere, komplexe Moleküle erstrecken.