Chamäleon- Moleküle: Die Umgebung macht die Form

So kann man dem „Chamäleon-Molekül“ CH5+ Struktur verleihen: 

 Je nachdem, wie viele Wasserstoffmoleküle (blau) sich an das CH5+-Molekül anlagern, verändert sich der Bereich, in dem sich die Wasserstoffatome des CH5+-Moleküls bewegen (rot); seine Struktur wird also teilweise „eingefroren“. Die Flächen repräsentieren quantenmechanische Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichten bei einer Temperatur von 20 Kelvin.

Grafik: A. Witt, S. Ivanov, D. Marx

CO2-Förderband im Atlantik wird langsamer

Ein "Förderband" transportiert im Atlantik subtropisches warmes Oberflächenwasser in die Subpolarregion und von dort kaltes Tiefenwasser zurück in südliche Breiten. Weil dieses Förderband immer langsamer läuft, verlangsamt sich auch der CO2-Eintrag in den Ozean. Denn dieses CO2 - insgesamt wird ein Viertel der menschengemachten CO2-Emissionen in Ozeanen gespeichert - wird zum Großteil in den subtropischen Atlantikteilen eingebracht, um dann mit dem oben beschriebenen "Förderband" schließlich im Tiefenwasser gespeichert zu werden. Die Geschwindigkeit des Förderbandes unterliegt einer natürlichen Variabilität, die sich in jahrzehntelangen Zyklen bewegt.

Schematischer Verlauf und durchschnittliche Steigerungsrate von anthropogenem CO2 im Nordatlantik (in molC/m2/Jahre)

Ifremer

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Großer Schritt für die Spintronik: Spin-Filter im Spinterface

Was passiert beim Übergang eines Elektrons von einer magnetischen Elektrode in ein organisches Material? Dieses Rätsel der organischen Spintronik scheint jetzt gelöst: An der Grenzfläche, dem sogenannten Spinterface, entsteht deshalb ein Spin-Filter-Effekt, weil Elektronen mit der einen Spinrichtung länger in den Molekülen verbleiben als diejenigen mit dem entgegengesetzten Spin. Zeitlich aufgelöst wurde dieses Verhalten von ultrakurzen Laserpulsen.

Mit einem ersten Laserpuls werden Elektronen im Molekül angeregt, mit einem zweiten Laserpuls können die im Molekül verbliebenen Elektronen detektiert werden.

Durch die Wechselwirkung zwischen Molekül und magnetischer Elektrode kommt es zu einer Barriere, die von der magnetischen Ausrichtung der Elektronen abhängt.

Grafiken: TU Kaiserslautern

Licht aus reinem Silizium

Licht aus reinem Silizium. Nanokristslle aus diesem Material machen es möglich. Dabei verändert sich die Farbe des Lichts mit den Abmessungen der Kristalle. Hocheffizient sollen sie sein und überraschend langzeitstabil. Und dies alles ohne die für Leuchtdioden üblichen umweltbelastenden Schwermetalle

Flüssigprozessierte SiLEDs: Die Änderung der Größe der Silizium-Nanokristalle ermöglicht es, die Farbe des ausgesandten Lichts zu variieren.

(Abbildung: F. Maier-Flaig, KIT/LTI)

Wasserstruktur ist doch tetraedrisch

Modell eines symmetrischen, vierfach koordinierten Wassermoleküls (Sauerstoff rot und Wasserstoff weiß)

Abb.: Thomas D. Kühne

Flüssiges Wasser ist doch tetraedrisch strukturiert. Computersimulationen an der Uni Mainz beenden damit die Kontroverse, die dieses alte Lehrbuchwissen in Frage gestellt hatte. Die damaligen Messungen, die ergeben hatten, dass Wassermoleküle nur mit jeweils zwei anderen kontaktieren seien zwar richtig gewesen, stellten aber einen "extreme augenblickliche Assymetrie" natürlicher Fluktuationen dar. Im zeitlichen Mittel aber sei die Struktur exakt tetraedrisch.

Mit Diamanten tiefer Blick in die Welt der Moleküle

Atomkerne erzeugen ein charakteristisches Magnetfeld um sich herum. Kernspintomographen nutzen das, um damit Bilder vom Innern eines Körpers zu produzieren. Alles, was kleiner als ein Millimeter ist, kann damit aber nicht erkannt werden.
Das könnte sich jetzt ändern. Ein neuer Sensor aus Diamant kann bis in den Nanometerbereich Magnetfelder von Molekülen detektieren, die auf seine Oberfläche aufgebracht werden.
Dabei nutzt man im Diamanten rot leuchtende Farbdefekte, die dort entstehen, wo "Verunreinigungen" - hier Sitckstoffatome im Kohlenstoffgitter - in die Nähe von Leerstellen im Gitter geraten.
Mit Mikrowellen und Laserlicht lässt sich aus dem Licht eines einzelnen Farbzentrums das Magnetfeld seiner Umgebung auslesen.
Nächster Schritt soll jetzt die Erfassung dreidimensionaler Kernspin-Bildern mit einer Auflösung bis hinunter auf die Ebene von Molekülen sein.

Grafik: Computervisualisierung des Experiments zur Kernspin-Detektion. Mit einem einzelnen Farbzentrum in Diamant (roter Punkt) lässt sich das Kernspin-Magnetfeld eines wenige Nanometer großen Volumens (farbiger Tropfen, obere Bildhälfte) nachweisen.

Universität Stuttgart

Ein magnetisches Schachbrett: ein weiterer Schritt auf dem Weg zumQuantencomputer

Ein magnetisches Nanoschachbrett: Anstatt wie bisher Atom für Atom zu positionieren, wurden stattdessen Eisenatome und Manganatome in organische Moleküle eingebettet, die sich von selbst auf einer Oberfläche zu einem Schachbrettmuster anordneten. Da die Oberfläche magnetisch war, stabilisierte diese den Magnetismus der Eisen- und Manganatome. Bedampft man nun mit Ammoniakgas, verbinden sich die Gasmoleküle mit den Metallatomen. Das Eisen wird dabei unmagnetisch, während die magnetischen Eigenschaften sich nur wenig ändern. Erwärmt man die Anordnung, werden die Gasmoleküle wieder freigesetzt.
Ein weiterer Schritt auf dem noch langen Weg zum Quantencomputer. Aber als Ammonik-Sensor könnte diese Anordnung bald schon dienen.

Das magnetische Nanoschachbrett. Oberer Teil: Abbildung der Moleküle mit einem Rastertunnelmikroskop. Bei zwei Molekülen ist die Molekülstruktur eingezeichnet. Unterer Teil: schematische Darstellung der Selbstorganisation der Moleküle – sie passen wie Puzzleteile zusammen und fügen sich so immer abwechselnd aneinander.
Grafik: Paul Scherrer Institut/C. Wäckerlin

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