Archive - Apr 2, 2012

Seeing is believing

Einem internationalen Forschungsteam ist es gelungen, einen Film zu drehen, der zeigt, wie aus dem zufälligen Auftreffen einzelner Moleküle ein quantenmechanisches Interferenzmuster entsteht, das so groß ist, dass man es mit einer Kamera sichtbar machen kann.  Die Publikation ist in der Fachzeitschrift "Nature Nanotechnology" erschienen.


Die Forschergruppe, an der auch das <a href=http://www.quantumnano.at>Quantennanophysik-Team</a> um Markus Arndt, Universität Wien und Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ), beteiligt war, konnte in einem Film zeigen, wie bis zu 100 Mikrometer große quantenmechanische Beugungsstrukturen wohlgeordnet aus zufällig eintreffenden einzelnen Phthalocyanin-Molekülen entstehen, nachdem diese hochfluoreszierenden Teilchen ein hauchdünnes nanomechanisches Gitter durchflogen haben. Sobald die Moleküle auf dem Detektor auftreffen, werden sie mittels eines hochauflösenden Fluoreszenzmikroskops in Echtzeit abgebildet. Die Empfindlichkeit des Versuchsaufbaus ist dabei so sensibel, dass jedes der Moleküle einzeln als leuchtender Punkt für die Kamera sichtbar gemacht werden kann. Dabei kann die Position jedes Moleküls mit einer Genauigkeit von rund zehn Nanometern vermessen werden.

Im Experiment stellen insbesondere die Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Molekülen und dem Gitter eine Herausforderung dar, die aufgrund von Quantenfluktuationen des Vakuums zwischen Molekül und Gitterwand auftreten und die beobachteten Interferenzmuster stark beeinflussen. Um diese Wechselwirkung zu verringern, wurden nun nur zehn Nanometer dünne Gitter verwendet, was nur noch rund 50 Lagen von Siliziumnitrid entspricht. Die Gitterspalte wurde dafür von den Nanotechnologen um Ori Cheshnovski, Professor an der Universität Tel Aviv, mittels eines fokussierten Ionenstrahls in die ultradünne Siliziumnitrid-Membran geschnitten.

 

Quantenphysik trifft Nanophysik

Die neu entwickelten und neu kombinierten Mikro- und Nanotechnologien für die Erzeugung, Beugung und Detektion von Molekularstrahlen sind relevant für die Ausdehnung von Quanteninterferenz-Experimenten zu immer komplexeren Objekten, sind aber teils auch generalisierbar für die Atominterferometrie.

Die Experimente haben aber auch praktische Aspekte: Sie ermöglichen die Vermessung molekularer Eigenschaften in der Nähe nanomechanischer Strukturen und zeigen den Weg zu Experimenten, bei denen einzelne Moleküle nur noch an wenigen Atomen gebeugt werden können.