Mikroskopie
Forscher machen einzelne Moleküle sichtbar

Die Strukturformeln von Molekülen kennt jeder aus dem Schulunterricht - aber sehen die chemischen Verbindungen wirklich so aus? Ja, das tun sie, kann nun IBM bestätigen. Erstmals konnten Wissenschaftler einzelne Moleküle fotografieren und dabei auch gleich vermessen.
  • 0

BERLIN. Elektronenmikroskope in verschiedenen Ausführungen sind nicht nur in der Forschung, sondern auch in der industriellen Anwendung seit Jahrzehnten Standardwerkzeuge. Ihre Auflösung reicht zwar aus, um die Gitterstrukturen von Verbindungen darzustellen, aber für einzelne Moleküle mit dreidimensionaler Darstellung ist sie zu gering.

Forscher von IBM haben nun in Zusammenarbeit mit der Universität von Utrecht die Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscope, AFM) so weit entwickelt, dass die Auflösung für ein isoliertes Molekül reicht. Die Wissenschaftler machen sich dabei die Kräfte, die zwischen einzelnen Atomen wirken, zunutze. Deren Stärken sind anhand des Aufbaus eines Moleküls bekannt und lassen sich messen.

Werden die Kräfte an vielen Stellen der Verbindung gemessen, so kann daraus ein dreidimensionales Bild errechnet werden. Das Verfahren ähnelt dem Röntgen oder der Tomographie aus der Medizin. Um die Struktur des Moleküls zu erkennen, müssen die Forscher immerhin erst durch die Elektronenwolke sehen können, welche die Atomkerne umgibt. Das Hauptproblem sind aber die winzigen Strukturen und die langen Messzeiträume.

Um das recht einfach aufgebaute Kohlenwasserstoff-Molekül Pentacen abbilden zu können, mussten es die Wissenschaftler 20 Stunden lang untersuchen. Als Messsensor diente dabei eine winzige Metallspitze, an deren dünnstem Ende ein einzelnes Kohlenstoffmonoxid-Molekül sitzt. Diese Konstruktion mit dem einzelnen Pentacen ist nur bei minus 268 Grad Celsius (5 Kelvin) und einem nahezu perfekten Vakuum stabil.

Da die Metallspitze die Kräfte der Atome nur bei etwa einem Nanometer Abstand wahrnehmen kann, war deren Positionierung eines der größten Probleme: Kommt sie zu nahe, wird sie vom Pentacen angezogen und beschädigt, ist sie zu weit entfernt, kommt die Messung nicht zustande. Bei einem Abstand von rund einem halben Nanometer stellte sich schließlich der gewünschte Effekt ein.

Das Ergebnis sind dreidimensionale Abbildungen des Moleküls samt genau vermessener Abstände der Atome. Das ist nicht nur ein Durchbruch für die Chemie und Physik als reine Wissenschaft, sondern auch für die Materialforschung: Viele Effekte von Molekülen, gerade in der Halbleitertechnik, werden zwar schon industriell angewandt, sind aber noch nicht verstanden worden.

Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler um Leo Gross, Fabian Mohn, Nikolaj Moll und Gerhard Meyer von IBM sowie Peter Liljeroth von der Universität in Utrecht in der Ausgabe der US-Zeitschrift Science vom 28. August 2009 veröffentlicht.

Kommentare zu " Mikroskopie: Forscher machen einzelne Moleküle sichtbar"

Alle Kommentare

Dieser Beitrag kann nicht mehr kommentiert werden. Sie können wochentags von 8 bis 18 Uhr kommentieren, wenn Sie angemeldeter Handelsblatt-Online-Leser sind. Die Inhalte sind bis zu sieben Tage nach Erscheinen kommentierbar.

Serviceangebote
Zur Startseite
-0%1%2%3%4%5%6%7%8%9%10%11%12%13%14%15%16%17%18%19%20%21%22%23%24%25%26%27%28%29%30%31%32%33%34%35%36%37%38%39%40%41%42%43%44%45%46%47%48%49%50%51%52%53%54%55%56%57%58%59%60%61%62%63%64%65%66%67%68%69%70%71%72%73%74%75%76%77%78%79%80%81%82%83%84%85%86%87%88%89%90%91%92%93%94%95%96%97%98%99%100%