News: Aufgezwungener Zusammenhalt
Trotz einer ganzen Auswahl möglicher Bindungsmechanismen der Chemie ziehen es manche Moleküle vor, getrennte Wege zu gehen. Doch mit einem genügend starken elektrischen Feld lassen sie sich vielleicht doch zur Zusammenkunft überreden.
Ein Kompass richtet seine Nadel im Magnetfeld der Erde entlang der Feldlinien in Nord-Süd-Richtung aus. Wenn sich jedoch viele der magnetischen Nadeln in nächster Nachbarschaft zueinander befinden, dann beeinflussen sie sich gegenseitig und richten sich unter Umständen in einem wirren Muster aus.
Ähnliches geschieht auch mit polaren Molekülen, deren positiver und negativer Ladungsschwerpunkt nicht zusammenfallen. Einzeln wirken diese Moleküle in einem elektrischen Feld wie kleine Kompassnadel und richten sich entsprechend aus. Kommen jedoch mehrere polare Moleküle zusammen, dann drehen sie sich, ziehen sich an und kollidieren miteinander, um gleich darauf wieder auseinander zu streben.
Dieses wilde Durcheinander lässt sich jedoch bändigen. Das meinen zumindest Alexander Avdeenkov und John Bohn von der University of Colorado in Boulder. Dazu bedarf es allerdings tiefer Temperaturen unterhalb von einem Kelvin – idealerweise nur ein Millionstel Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt – und eines elektrischen Feldes, das stark genug ist, den Dipolkräften der Moleküle Paroli zu bieten. Auf diese Weise, so die Prognose der Wissenschaftler, lässt sich ein Gleichgewicht zwischen Abstoßung und Anziehung erreichen, die Moleküle behalten ihre Position und bilden zusammen ein großes Super-Molekül.
Simuliert haben Avdeenkov und Bohn dieses Verhalten für OH-Moleküle. Mal sind die Moleküle dabei gleich orientiert: Ihre positiven Enden weisen in die gleiche Richtung, und die Moleküle ziehen sich demzufolge an. Und mal sind sie entgegengesetzt orientiert, sodass sich entweder beide positiven beziehungsweise beide negativen Ladungen gegenüberstehen. Die Moleküle stoßen sich dann ab. Da laut Quantenmechanik stets die Möglichkeit zu solchen Orientierungswechseln besteht, können die beiden Moleküle so über längere Zeit einen gebundenen Zustand einnehmen, wobei die Entfernung zwischen ihnen mit einigen dutzend beziehungsweise hundert Nanometern um einiges größer ist als das einzelne Molekül. Dabei hängen Bindungsenergie und -länge direkt von dem äußeren Feld ab.
Zwar haben Bohn und Avdeenkov nur OH-Moleküle simuliert, die Forscher gehen jedoch davon aus, dass ihre Theorie auch für andere polare Moleküle zutrifft. Um das Modell jedoch überprüfen zu können, muss es experimentell erst einmal gelingen, entsprechend tiefe Temperaturen für Moleküle zu erzeugen. Bislang erreichen Wissenschaftler knapp ein Hundertstel Kelvin. Es sind also noch einige Temperatur-Größenordnungen zu überwinden, bis sich die Super-Moleküle auch im Experiment zeigen.
Ähnliches geschieht auch mit polaren Molekülen, deren positiver und negativer Ladungsschwerpunkt nicht zusammenfallen. Einzeln wirken diese Moleküle in einem elektrischen Feld wie kleine Kompassnadel und richten sich entsprechend aus. Kommen jedoch mehrere polare Moleküle zusammen, dann drehen sie sich, ziehen sich an und kollidieren miteinander, um gleich darauf wieder auseinander zu streben.
Dieses wilde Durcheinander lässt sich jedoch bändigen. Das meinen zumindest Alexander Avdeenkov und John Bohn von der University of Colorado in Boulder. Dazu bedarf es allerdings tiefer Temperaturen unterhalb von einem Kelvin – idealerweise nur ein Millionstel Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt – und eines elektrischen Feldes, das stark genug ist, den Dipolkräften der Moleküle Paroli zu bieten. Auf diese Weise, so die Prognose der Wissenschaftler, lässt sich ein Gleichgewicht zwischen Abstoßung und Anziehung erreichen, die Moleküle behalten ihre Position und bilden zusammen ein großes Super-Molekül.
Simuliert haben Avdeenkov und Bohn dieses Verhalten für OH-Moleküle. Mal sind die Moleküle dabei gleich orientiert: Ihre positiven Enden weisen in die gleiche Richtung, und die Moleküle ziehen sich demzufolge an. Und mal sind sie entgegengesetzt orientiert, sodass sich entweder beide positiven beziehungsweise beide negativen Ladungen gegenüberstehen. Die Moleküle stoßen sich dann ab. Da laut Quantenmechanik stets die Möglichkeit zu solchen Orientierungswechseln besteht, können die beiden Moleküle so über längere Zeit einen gebundenen Zustand einnehmen, wobei die Entfernung zwischen ihnen mit einigen dutzend beziehungsweise hundert Nanometern um einiges größer ist als das einzelne Molekül. Dabei hängen Bindungsenergie und -länge direkt von dem äußeren Feld ab.
Zwar haben Bohn und Avdeenkov nur OH-Moleküle simuliert, die Forscher gehen jedoch davon aus, dass ihre Theorie auch für andere polare Moleküle zutrifft. Um das Modell jedoch überprüfen zu können, muss es experimentell erst einmal gelingen, entsprechend tiefe Temperaturen für Moleküle zu erzeugen. Bislang erreichen Wissenschaftler knapp ein Hundertstel Kelvin. Es sind also noch einige Temperatur-Größenordnungen zu überwinden, bis sich die Super-Moleküle auch im Experiment zeigen.
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