• Zum Inhalt springen
  • Skip to secondary menu
  • Zur Seitenspalte springen

Die Chemie Zeitschrift Österreichs

Das unabhängige Traditionsmagazin

  • Das Magazin
    • Über die Österreichische Chemie Zeitschrift
    • 120 Jahre
    • Abonnement
    • Mediadaten
    • Online-Archiv
  • Resorts
    • Forschung
    • Foto Freitag
    • Messe
    • Publikation
    • Personalia
    • Bildung
  • Messekalender
  • Chemie-Lexikon
  • Links
    • L&B
    • labor
    • Kunststoff
  • Welkin Media Verlag
Aktuelle Seite: Start / Publikation / Organischer Materie im Weltall auf der Spur

Organischer Materie im Weltall auf der Spur

24. August 2015 von Florian Fischer

Seit mehreren Jahren gibt es starke Indizien dafür, dass sich bereits in der Frühzeit des Universums gewaltige Mengen komplexer organischer Materie in den interstellaren Wolken gebildet haben. Darauf deuten etwa 400 diffuse Absorptionsbanden (DIBs) hin, die Astronomen im Licht aus solchen Wolken nachweisen konnten. Allerdings ist die genaue Zuordnung der DIBs zu konkreten Verbindungen bislang kaum möglich. Dass es sich tatsächlich um die vermuteten Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK/PAH) handeln könnte, wird jetzt von Experimenten gestützt, die am Max-Born-Institut (MBI) in Berlin gemeinsam mit internationalen Partnern durchgeführt wurden.

Mit Hilfe von ultraschnellen UV-Lasern konnten die Wissenschaftler die Dynamik der hoch angeregten Molekülzustände entschlüsseln. Unter den Kohlenwasserstoffen, die mögliche Auslöser der Absorptionsbanden sind, galten die Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffe als besonders vielversprechend. Die Anwesenheit von PAK/PAH-Molekülen wurde zuvor in vielen astronomischen Objekten abgeleitet, beispielsweise in interstellare Materiewolken unserer Milchstraße, aber sogar in zehn Milliarden Jahre alter Materie aus der Frühzeit des Universums. Unter Astronomen gab es allerdings auch Zweifel an den Hypothesen, da die Lebensdauer der ungewöhnlichen Molekülzustände nicht bekannt war. Dafür gelang jetzt den MBI-Forschern in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität Lyon, unterstützt von theoretischen Berechnungen von Wissenschaftlern an den Universitäten Leiden, Heidelberg und Hyderabad, der Nachweis, dass die Lebensdauer der elektronischen Zustände von kleinen bis mittelgroßen PAHs mit den Linienbreiten übereinstimmen, die in den diffuse Absorptionsbanden beobachtet werden.

In den Experimenten wurde eine Reihe von kleinen bis mittelgroßen PAH-Molekülen (Naphthalin, Anthracen, Pyren und Tetracen, die jeweils mehrere kondensierte aromatische Ringe enthalten) mit einem ultrakurzen extrem-ultravioletten Laserpuls (XUV) ionisiert. Die Absorption eines XUV-Photons führte nicht nur zur Entfernung eines der Elektronen, sondern darüber hinaus zur elektronischen Anregung des dadurch entstandenen positiv geladenen Molekül-Ions. Die Lebensdauer dieser angeregten kationischen elektronischen Zustände wurde mit Hilfe eines zeitverzögerten Infrarot-Laserimpulses gemessen.

Schematische Darstellung der XUV-induzierte Dynamik in PAH-Molekülen.
Abbildung: Schematische Darstellung der XUV-induzierte Dynamik in PAH-Molekülen.

Sobald ein Elektron aus dem Molekül entfernt worden ist, ist die elektronische Anregung am höchsten, so dass nur ein oder wenige Infrarot-Photonen benötigt werden, um ein zweites Elektron zu entfernen. Bereits kurze Zeit später „entspannt“ sich das Ion, es werden nun mehr IR-Photonen benötigt, um ein zweites Elektron herauszuschlagen. Mit anderen Worten, die Überwachung der Bildung von zweifach geladenen Ionen als Funktion der Verzögerungszeit zwischen den Laserimpulsen XUV und IR erlaubt die Messung der Lebensdauer der verschiedenen Zustände. Durch die Messungen, die durch theoretische High-Level-Berechnungen gestützt wurden, konnte gezeigt werden, dass die Lebenszeit der organischen PAH-Ionen im Bereich von einigen 10 Femtosekunden damit übereinstimmt, was auch in den diffusen Absorptionsbanden (DIBs) aus dem Weltall gemessen wird.

Die Experimente haben Auswirkungen auf die weitere Entwicklung der Attosekunden-Physik. Denn auch in der Chemie ist eine genaue Kenntnis der Ladungswanderung von großem Interesse, d.h., ultraschnelle Bewegungen eines Elektrons oder eines Lochs durch eine Molekülstruktur. Sie erfolgen in der unvorstellbar kurzen Zeit von Attosekunden (ein Millardstel einer Millardstel Sekunde) bis zu wenigen Femtosekunden (10-15 Sekunden). Durch die kontrollierte Ladungswanderung könnten völlig neue Möglichkeiten zur Steuerung von chemischen Reaktionen entstehen, ein Ziel, das so alt ist wie die chemische Forschung selbst. Erste Hinweise darauf, dass Ladungswanderungen in einer Zeitskala von Attosekunden bis zu wenigen Femtosekunden kontrolliert werden können, legten Forschern der Universität Mailand im vergangenen Jahr vor.

Die PAK/PAH-Moleküle, die in den Experimenten am MBI untersucht wurden, sind die bislang größten, auf die die ultraschnelle XUV-IR-Pump-Probe-Spektroskopie angewendet wurde. Weitere Experimente dazu sind in Vorbereitung.

Abb.: Schematische Darstellung des Experiments.

(a) Schematische Darstellung der XUV-induzierte Dynamik in PAH-Molekülen. Die angeregten Zustände zeigen sich in der Valenzschale des Kations durch eine von zwei Möglichkeiten: die Bildung einer Einzellochkonfiguration oder die Bildung einer Zwei-Loch-Einzelpartikel-Konfiguration, die mit steigenden Energien erfolgt (links). IP steht dabei für das Ionisationspotential. Das Kation kann durch den IR-Prüflaser ionisiert werden, vorausgesetzt, dass die nicht-adiabatische Entspannung noch nicht eingetreten ist (Mitte). Nach der Entspannung ist es nicht mehr möglich, das Kation mit dem IR-Prüflaser zu ionisieren (rechts).

(b) An Anthracen gemessene zweifarbige XUV-IR-Ionensignale als Funktion des detektierten Masse-zu-Ladung-Verhältnisses und der XUV-IR-Verzögerung. Die Nur-XUV- und die IR-Signale wurden subtrahiert. Die XUV-Pump- und die IR-Prüflaser-Impulse überlappen sich bei einer Verzögerung von null (schwarz gestrichelte Linie). Eine Rotfärbung entspricht einem Signalanstieg, während blaue Farbe Schwund anzeigt. Für positive XUV-IR-Verzögerungen wurde eine sehr schnelle Dynamik für zweifach geladene Anthracen- Ionen (A2+, m/q=89) beobachtet. Wie im Text erläutert, gibt die Messung eine nicht-adiabatische Entspannung im Anthracen-Kation (A+) wider. Die im ersten Fragment (A-C2H2+) beobachtete Dynamik wird in diesem Artikel nicht diskutiert.
Abb.: MBI

Publikation

A. Marciniak, V. Despré, T. Barillot, A. Rouzée, M.C.E. Galbraith, J. Klei, C.-H. Yang, C.T.L. Smeenk, V. Loriot, S. Nagaprasad Reddy, A.G.G.M. Tielens, S. Mahapatra, A. I. Kuleff, M.J.J. Vrakking & F. Lépine
XUV excitation followed by ultrafast non-adiabatic relaxation in PAH molecules as a femto-astrochemistry experiment,
Nature Communications 6

DOI:10.1038/ncomms8909

Kontakt

Prof. Marc Vrakking
Max-Born-Institut (MBI)

Kategorie: Publikation Stichworte: Forschung, Publikation

Seitenspalte

Die aktuelle Chemie

Messekalender

Mai 19
19. Mai - 20. Mai

PRC Europe 2025

Mai 21
09:30 - 15:30

LAB-SUPPLY Hannover 2025

Juni 3
3. Juni - 4. Juni

all about automation 2025 – Hamburg

Juni 4
4. Juni - 5. Juni

Chemspec Europe 2025

Juni 12
12. Juni - 13. Juni

TECH.CON 2025

Kalender anzeigen

Newsletter

  • Newsletter Anmeldung
  • Unser Newsletter-Archiv

Welkin Media News

Aktuelle Nachrichten aus unseren anderen Online-Portalen Lebensmittel-&Biotechnologie und Österreichische Kunststoffzeitschrift.

  • CIRPLEX 2025: Erfolgreiche Premiere der Kärntner Messen
    am 17. Mai 2025 von Lorenz Matzinger (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    CIRPLEX 2025 bei den Kärntner Messen zeigte neue Wege für eine nachhaltige und zirkuläre Kunststoffwirtschaft im Alpen-Adria-Raum. Die Premiere der CIRPLEX 2025 brachte 1.800 Fachgäste nach Klagenfurt und präsentierte Lösungen für eine […]

  • Austrotherm übernimmt italienischen EPS-Hersteller Poron
    am 16. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Mit der Übernahme der italienischen Gruppo Poron stärkt Austrotherm sein EPS-Geschäft und sein Netzwerk in Südeuropa. Bereits Anfang 2025 wurde die Zusammenarbeit mit dem Vertrieb der Austrotherm XPS® Dämmplatten gestartet – die Übernahme […]

  • Dampferzeuger smart steuern
    am 16. Mai 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Forschende der TH Köln entwickelten eine Software zur einfachen Integration modularer Dampferzeuger in Leitsysteme. Durch standardisierte Schnittstellen, Wartungsmodelle und virtuelle Sensorik wird der Betrieb effizienter und unabhängiger vom […]

  • Ezycompost – heimkompostierbares Papier für Lebensmittelverpackungen
    am 14. Mai 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Metpack bietet mit Ezycompost ein heimkompostierbares Papier für Lebensmittelverpackungen, beschichtet mit dem BASF-Biopolymer ecovio. Das Papier lässt sich vielseitig für Becher, Schalen oder Verpackungsfolien einsetzen und erfüllt zugleich die […]

  • „CompoPFAS“: PFAS-Substitution bei flammgeschützten Compounds
    am 14. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Das Projekt „CompoPFAS“ des Fraunhofer LBF widmet sich der Entwicklung PFAS-freier Compounds für den Flammschutz. Ziel ist es, die Wirkweise fluorhaltiger Additive zu verstehen und geeignete Substitute zu identifizieren. Gesucht werden Partner […]

  • Greiner meistert 2024 herausfordernde Zeiten mit Stabilität
    am 13. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Im Geschäftsjahr 2024 hat das Kunststoffunternehmen Greiner eine starke Performance in seinen Kernsparten gezeigt. Bei stabilem Umsatz verzeichneten Greiner Packaging und Bio-One spürbare Zuwächse, während NEVEON im Rahmen einer strategischen […]

  • GEA NEXUS senkt Energieverbrauch in der Lebensmittelindustrie
    am 12. Mai 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    GEA NEXUS vereint Kälte- und Wärmetechnik zu einem energieeffizienten Gesamtsystem für die Lebensmittelverarbeitung. Energieeinsparungen von bis zu 30 % und signifikante CO2-Reduktionen machen die Lösung für Neu- und Bestandsanlagen […]

  • BatterySort macht PreZero Sortierung sicherer und nachhaltiger
    am 12. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    PreZero Austria setzt als erstes auf BatterySort, das Lithium-Akkus per KI erkennt und Sortieranlagen vor Bränden schützt. Durch die Kooperation mit WeSort.AI setzt PreZero nicht nur neue Standards im Brandschutz, sondern stärkt auch den […]

  • B&R steigert Maschinenverfügbarkeit mit neuen IIoT-Lösungen
    am 9. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Neue IIoT-Lösungen von B&R steigern Effizienz und Verfügbarkeit durch KI-Analyse von Maschinendaten. Der Fokus liegt auf der einfachen Integration in bestehende Systeme, der kontinuierlichen Echtzeitüberwachung und der vorausschauenden […]

  • Sorghumhirse: KIT entdeckt Genschalter für mehr Zucker unter Salzstress
    am 9. Mai 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erforscht, wie die Sorghumhirse trotz Salzstress mehr Zucker speichert. Der Genschalter SWEET13 sorgt dafür, dass Saccharose gezielt in die Körner gelangt. Eine Entdeckung mit Potenzial für die […]

Schlagwörter

Aktuelle Nachrichten über BASF analytica Analytik Analytik Jena Anlagenbau Automation Automatisierung Awards B&R Borealis BR CEM CO2 Danfoss Digitalisierung Endress+Hauser Evonik FCIO Festo Finance Forschung Foto Freitag FotoFreitag Hardware Industrie 4.0 Jubiläum Kreislaufwirtschaft Labortechnik LANXESS Lenzing Logistik Messe Messe München MesseNews Nachhaltigkeit OMV Personalia Publikation Pumpen Recycling Robotik Shimadzu Software Wasserstoff Webinar

Kategorien

Copyright © 2025 · WelkinMedia Fachverlag