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News: Atomare Indiskretion

Mit Hilfe der Photoelektronen-Spektroskopie läßt sich bestimmen, zu welchem Element ein Atom gehört. Eine Erweiterung der Methode macht es nun auch möglich, die benachbarten Atome zu identifizieren. Vermutlich kann das Verfahren in Zukunft ebenso auf nichtkristalline Proben angewandt werden.
Die neue Technik heißt MARPE (für Multi-Atom Resonant Photoemission). Entwickelt wurde sie von einem Wissenschaftlerteam des Lawrence Berkeley National Laboratory unter der Leitung von Charles Fadley. "Das ist einer der seltenen Fälle, wo sie auf etwas aus sind, das dann besser funktioniert als erwartet", meint er.

Die Atome eines jeden Elements binden ihre Elektronen mit einer charakteristischen Stärke. Mit Röntgenstrahlung können die inneren Elektronen angeregt werden. Anhand der dafür mindestens notwendigen Energie kann des jeweilige Atom identifiziert werden. Bei Messungen mit MARPE regt das Photon nicht nur das getroffene Atom an, sondern die Nachbaratome nehmen über Resonanz einen Teil der Energie auf. Relaxiert das System wieder, sendet es ein Signal aus, anhand dessen die Zugehörigkeit des Zentralatoms und der Nachbaratome abgelesen werden können. "Es ist wie bei einem Chor, in dem die umgebenden Atome anfangen mitzusingen und ihre kollektive Anregung zum Zentralatom weiterreichen", erklärt Fadley.

Der MARPE-Effekt war nach theoretischen Berechnungen zu erwarten, doch in den Experimenten fiel er viermal so groß aus wie vorhergesagt. Die ersten Versuche wurden mit Festkörpern aus Metalloxiden durchgeführt. Um die Verläßlichkeit der Daten zu gewährleisten, mußte das Photoelektronen-Spektrometer um einen Winkel von 60 Grad gedreht werden. Die Ergebnisse an Metalloxiden zeigten, daß mit MARPE die Art und Länge von chemischen Bindungen sowie magnetische Eigenschaften ermittelt werden können (Science vom 31. Juli 1998). Inzwischen hat Fadleys Gruppe nachgewiesen, daß der MARPE-Effekt auch durch Röntgenfluoreszenz und den Auger-Effekt verfolgt werden kann. Damit ist die Methode auf ein breites Spektrum von Proben anwendbar. Im Prinzip sollte sie auch mit nichtkristallinem Material zurechtkommen, doch noch stehen die entsprechenden Experimente aus.

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