Forscher messen Elektronenorbitale von Molekülen in 3D

Anbieter zum Thema

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

dataTec AG

MTM Power Messtechnik Mellenbach GmbH

Forschungszentrum Jülich GmbH

Um vergleichbare Werte zu erhalten, installierten die Jülicher Forscher ihren Detektor daher an der Metrology Light Source (MLS) der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin. "Unsere Synchrotronstrahlungsquelle ist weltweit eine der wenigen, die einen genau kalibrierten Photonenfluss bereitstellt", erklärt Dr. Alexander Gottwald von der PTB. Anhand der Daten aus den kalibrierten Messungen konnten die Grazer Wissenschaftler im Rahmen des Forschungsschwerpunkts "Modelle und Simulation" anschließend die Elektronenverteilung in 3D rekonstruieren.

Damit hat das Forschungsteam aus Jülich, Graz und Berlin die Wellenfunktion, die sich im quantenmechanischen Sinne eigentlich gar nicht direkt beobachten lässt, dennoch sichtbar gemacht. Die Ergebnisse sind ein lang gesuchter Beleg für die herrschenden Modellvorstellungen. So bescheinigte etwa der Orbitaltheoretiker Kenichi Fukui, gemeinsam mit Roald Hoffmann 1981 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet, dem Konzept der Molekülorbitale im Jahre 1977 eine "somewhat unreal nature" (Intern. J. Quantum Chem. 12, 277), also eine "irgendwie unwirkliche Natur".

Und wie Hoffmann 1999 feststellte, räumen selbst Theoretiker, die in ihrer Arbeit Orbitale tagtäglich benutzen, ihnen nicht die Realität ein, die sie verdienen: "[…] the physicists and chemists who use density functional theory so fruitfully have by and large shied away from attributing to […] orbitals the reality that (we think) they deserve"(J. am. Chem. Soc. 121, 3414).

Das Ergebnis ist darüber hinaus auch für die Physik relevant: "Unser Experiment liefert eine interessante neue physikalische Erkenntnis über den zugrundeliegenden Photoeffekt", berichtet Stefan Tautz. Demnach lassen sich die Elektronen, die dabei herausgelöst werden, ganz ähnlich wie freie Elektronen beschreiben – eine Vorstellung, die man vor fast 50 Jahren aufgrund der angenommenen Streuung an den Atomkernen eigentlich schon verworfen hatte.

(ID:43636894)