Beginn des Seitenbereichs:
Seitenbereiche:

  • Zum Inhalt (Zugriffstaste 1)
  • Zur Positionsanzeige (Zugriffstaste 2)
  • Zur Hauptnavigation (Zugriffstaste 3)
  • Zur Unternavigation (Zugriffstaste 4)
  • Zu den Zusatzinformationen (Zugriffstaste 5)
  • Zu den Seiteneinstellungen (Benutzer/Sprache) (Zugriffstaste 8)
  • Zur Suche (Zugriffstaste 9)

Ende dieses Seitenbereichs. Zur Übersicht der Seitenbereiche

Beginn des Seitenbereichs:
Seiteneinstellungen:

Deutsch de
English en
Suche
Anmelden

Ende dieses Seitenbereichs. Zur Übersicht der Seitenbereiche

Beginn des Seitenbereichs:
Suche:

Suche nach Details rund um die Uni Graz
Schließen

Ende dieses Seitenbereichs. Zur Übersicht der Seitenbereiche


Suchen

Beginn des Seitenbereichs:
Hauptnavigation:

Seitennavigation:

  • Universität

    Universität
    • Die Uni Graz im Portrait
    • Organisation
    • Strategie und Qualität
    • Fakultäten
    • Universitätsbibliothek
    • Jobs
    • Campus
    Lösungen für die Welt von morgen entwickeln – das ist unsere Mission. Unsere Studierenden und unsere Forscher:innen stellen sich den großen Herausforderungen der Gesellschaft und tragen das Wissen hinaus.
  • Forschungsprofil

    Forschungsprofil
    • Unsere Expertise
    • Forschungsfragen
    • Forschungsportal
    • Forschung fördern
    • Forschungstransfer
    • Ethik in der Forschung
    Wissenschaftliche Exzellenz und Mut, neue Wege zu gehen. Forschung an der Universität Graz schafft die Grundlagen dafür, die Zukunft lebenswert zu gestalten.
  • Studium

    Studium
    • Studieninteressierte
    • Infos für Studierende
  • Community

    Community
    • International
    • Am Standort
    • Forschung und Wirtschaft
    • Absolvent:innen
    Die Universität Graz ist Drehscheibe für internationale Forschung, Vernetzung von Wissenschaft und Wirtschaft sowie für Austausch und Kooperation in den Bereichen Studium und Lehre.
  • Spotlight
Jetzt aktuell
  • 24 Klicks im Advent
  • Masterstudium plus: Jetzt anmelden!
  • Crowdfunding entdecken
  • Klimaneutrale Uni Graz
  • Forscher:innen gefragt
  • Arbeitgeberin Uni Graz
Menüband schließen

Ende dieses Seitenbereichs. Zur Übersicht der Seitenbereiche

Beginn des Seitenbereichs:
Sie befinden sich hier:

Universität Graz Naturwissenschaften Neuigkeiten Das Unsichtbare sichtbar machen
  • Über die Fakultät
  • Unsere Forschung
  • Unsere Großforschungsprojekte
  • Studienservice
  • Dekanat
  • Persönlichkeiten

Ende dieses Seitenbereichs. Zur Übersicht der Seitenbereiche

Montag, 05.10.2015

Das Unsichtbare sichtbar machen

Photonen schießen Elektronen aus einer Schicht von Molekülen auf einer Silberoberfläche, was die Rekonstruktion von Molekülorbitalen ermöglicht. Foto: Lüftner/Institut für Physik der Uni Graz.

Photonen schießen Elektronen aus einer Schicht von Molekülen auf einer Silberoberfläche, was die Rekonstruktion von Molekülorbitalen ermöglicht. Foto: Lüftner/Institut für Physik der Uni Graz.

Dr. Sergey Subach, Forschungszentrum Jülich, und Dr. Eva-Maria Reinisch, Karl-Franzens-Universität Graz, bei Messungen an der Metrology Light Source (MLS) der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Foto: Forschungszentrum Jülich.

Dr. Sergey Subach, Forschungszentrum Jülich, und Dr. Eva-Maria Reinisch, Karl-Franzens-Universität Graz, bei Messungen an der Metrology Light Source (MLS) der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Foto: Forschungszentrum Jülich.

ForscherInnen messen Elektronenorbitale von Molekülen in 3D

Vielen sind sie vielleicht noch aus dem Schulunterricht bekannt: Oftmals als bunte Wolken oder Ballons dargestellt, geben Elektronenorbitale Auskunft über den Aufenthaltsort der Elektronen von Atomen und Molekülen. WissenschafterInnen der Karl-Franzens-Universität Graz, des Forschungszentrums Jülich und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Berlin ist es nun gelungen, diese Gebilde in allen drei Dimensionen experimentell zu erfassen. Für ihre Untersuchung nutzten sie die Weiterentwicklung einer Methode, mit der sie die Orbitale vor zwei Jahren bereits zweidimensional sichtbar machen konnten. Ihre Ergebnisse haben sie im Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlicht.


In der Physik werden Elektronen nicht nur als Teilchen, sondern auch als Wellen behandelt. Diese Wellennatur lässt sich über die räumliche Wellenfunktion, das Orbital, beschreiben. „Orbitale beinhalten Informationen über die räumliche Verteilung der Elektronen bei einer bestimmten Energie. Sind sie bekannt, lassen sich alle relevanten Eigenschaften eines Materials ableiten“, erklärt Assoz.-Prof. Dr. Peter Puschnig von der Karl-Franzens-Universität Graz. Die Gesetze der Quantenmechanik bringen es mit sich, dass man nicht direkt beobachten kann, wie sich ein Elektron als Welle ausbreitet. Doch vor rund zwei Jahren gelang es den Grazer und Jülicher ForscherInnen erstmals, auch solche Orbitale zu erfassen, die sich über größere, komplexe Moleküle erstrecken.

Für ihre Messungen nutzten sie eine Form der sogenannten Photoelektronenspektroskopie, die auf dem Photoeffekt beruht: Dabei wird eine Molekülschicht auf einer Silberoberfläche mit Photonen, also Lichtteilchen, beschossen, woraufhin sich die energetisch angeregten Elektronen herauslösen. „Diese fliegen danach nicht willkürlich durch den Raum, sondern lassen aufgrund der Winkel- und Energieverteilung Rückschlüsse auf die Molekülorbitale zu“, so Puschnig.


Mit einer Weiterentwicklung der Methode ist es den WissenschafterInnen nun gelungen, die Sichtbarkeit der Orbitale von der zwei- auf die dreidimensionale Ebene zu bringen. Dazu war es nötig, das Experiment mit verschiedenen Energien, also verschiedenen Wellenlängen des Lichts, im ultravioletten Bereich durchzuführen. „Mit unterschiedlichen Wellenlängen lassen sich zusätzliche räumliche Tiefeninformationen gewinnen, ähnlich wie mit einer Kamera, die ein Motiv wiederholt mit variabler Brennweite aufnimmt“, erläutert Prof. Stefan Tautz vom Forschungszentrum Jülich.

Doch lange ließen sich die Daten, die aus unterschiedlichen Messreihen stammen, nicht zu einem räumlichen Modell vereinen. Um vergleichbare Werte zu erhalten, installierten die Jülicher ForscherInnen ihren Detektor an der Metrology Light Source der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin. „Unsere Synchrotronstrahlungsquelle ist weltweit eine der wenigen, die einen genau kalibrierten Photonenfluss bereitstellt“, erklärt Dr. Alexander Gottwald von der PTB. Anhand der Daten aus den kalibrierten Messungen konnten die Grazer WissenschafterInnen im Rahmen des Forschungsschwerpunkts „Modelle und Simulation“ anschließend die Elektronenverteilung in 3D rekonstruieren.


Damit hat das Forschungsteam aus Jülich, Graz und Berlin die Wellenfunktion, die sich im quantenmechanischen Sinne eigentlich gar nicht direkt beobachten lässt, dennoch sichtbar gemacht. Die Ergebnisse sind ein lang gesuchter Beleg für die herrschenden Modellvorstellungen. Das Ergebnis ist darüber hinaus auch für die Physik relevant: „Unser Experiment liefert eine interessante neue physikalische Erkenntnis über den zugrundeliegenden Photoeffekt“, berichtet Stefan Tautz. Demnach lassen sich die Elektronen, die dabei herausgelöst werden, ganz ähnlich wie freie Elektronen beschreiben – eine Vorstellung, die man vor fast 50 Jahren aufgrund der angenommenen Streuung an den Atomkernen eigentlich schon verworfen hatte.


Publikation:

S. Weiß, D. Lüftner, T. Ules, E. M. Reinisch, H. Kaser, A. Gottwald, M. Richter, S. Soubatch, G. Koller, M. G. Ramsey, F. S. Tautz, and P. Puschnig, „Exploring three-dimensional orbital imaging with energy dependent photoemission tomography", Nature Communications (2015)


>> Zur Langfassung der Presseaussendung

Erstellt von Gerhild Kastrun

Weitere Artikel

Leichter Lernen: Kann Experimentalunterricht Kinder mit Autismus fördern?

Wie können Schüler:innen mit Autismus positive Lernerfahrungen machen und gleichzeitig ihre sozialen Fähigkeiten verbessern? Forschende der Universität Graz untersuchen, was naturwissenschaftlicher Experimentalunterricht dazu beitragen kann. Erste Ergebnisse aus dem vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekt zeigen, dass Kinder, je nach Ausprägung der Neurodiversität, unterschiedlich reagieren, Experimentalunterricht mit passendem Setting aber durchaus Potenzial hat. „Man darf Schülern und Schülerinnen mit Autismus durchaus mehr zutrauen, als das aktuell oft der Fall ist“, sagt Projektleiter Uwe Simon.

Ausgezeichnet nachhaltig: Sustainability Award 2024 für zwei Projekte der Uni Graz

Wie verringern große internationale Konferenzen ihren CO2-Fußabdruck? Und was kann der Mathematik-Unterricht zur Bildung für nachhaltige Entwicklung beitragen? Zwei Fragen, die an der Uni Graz beantwortet wurden. Die zugehörigen Projekte wurden am 26. November in Wien mit dem Sustainability Award 2024 in Silber prämiert. Der Nachhaltigkeitspreis für Österreichs Universitäten und Hochschulen wird vom Wissenschaftsministerium und dem Klimaschutzministerium vergeben.

Bienen unter Beobachtung: Uni Graz ermöglicht nie dagewesene Einblicke in den Hofstaat

Was tut sich in den Waben? Wie viele Eier legt die Königin? Welche Honigmenge ist vorhanden? Autonome Roboter und KI-Algorithmen liefern wichtige Daten und hochauflösende Echtzeit-Bilder aus dem Inneren eines Bienenstocks. „Wir haben in einem internationalen Team eine Game-Changer-Technologie für eine neuartige digitalisierte Verhaltensforschung entwickelt“, berichtet Biologe Thomas Schmickl vom Artifical Life Lab der Uni Graz. Welche Vielzahl von Informationen aus der bis jetzt einzigartigen Forschungsanlage gewonnen werden, beschreibt die Publikation, die soeben als Titelgeschichte im Fachjournal „Science Robotics“ erschienen ist.

Vermessung von Molekülen

Uni-Graz-Physiker sind dem Geheimnis von Elektronenzuständen auf der Spur

Beginn des Seitenbereichs:
Zusatzinformationen:

Universität Graz
Universitätsplatz 3
8010 Graz
  • Anfahrt und Kontakt
  • Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit
  • Moodle
  • UNIGRAZonline
  • Impressum
  • Datenschutzerklärung
  • Cookie-Einstellungen
  • Barrierefreiheitserklärung
Wetterstation
Uni Graz

Ende dieses Seitenbereichs. Zur Übersicht der Seitenbereiche

Ende dieses Seitenbereichs. Zur Übersicht der Seitenbereiche

Beginn des Seitenbereichs:

Ende dieses Seitenbereichs. Zur Übersicht der Seitenbereiche