Forschung & Entwicklung

Chemische Reaktionen mit Licht beeinflussen

Ziel eines Forschungsverbunds ist es mehr über den Ablauf chemischer Reaktionen mithilfe von Attosekundenlaserstrahlen herauszufinden.

Um zu beobachten, was im Inneren von Atomen geschieht, können Forscher sie mit Röntgenstrahlen oder extrem ultravioletter Strahlung durchleuchten. Allerdings müssen sich für diese Art der Spektroskopie die Lichtblitze auf der gleichen Zeitebene wie die Elektronen um den Atomkern bewegen. Dafür sind Laserpulse im Attosekundenbereich nötig. Vor allem dank technischer Innovationen – insbesondere im Bereich der Lichtquellen – hat sich diese Methode in den vergangenen Jahren sehr schnell entwickelt. Um ihr Potenzial weiter auszuloten und vor allem konkret zu nutzen, haben Forscher aus Chemie und Physik nun ein internationales Netzwerk gegründet, durch das sie ihre Zusammenarbeit in diesem Bereich weiter intensivieren wollen.

Das Netzwerk führt Wissenschaftler zusammen, die zu einem Thema forschen. Es ermöglicht ihnen beispielsweise den direkten Austausch untereinander während gemeinsamer Treffen sowie längere Forschungsaufenthalte an beteiligten Institutionen und kleinere Workshops etwa für den wissenschaftlichen Nachwuchs. Die Europäische Union fördert die neue Kooperationsbasis in den kommenden vier Jahren mit insgesamt etwa einer halben Million Euro. Bisher sind Wissenschaftler aus insgesamt 25 Ländern beteiligt. „Um breit aufgestellt zu sein und alle Kompetenzen in diesem Bereich zu bündeln, haben wir natürlich großes Interesse daran, dass das Netzwerk wächst“, sagt Professor Stefanie Gräfe von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. „Deshalb freuen wir uns, wenn sich weitere Forscherinnen und Forscher anschließen.“

Die Jenaer Chemikerin, deutsche Repräsentantin und Koordinatorin innerhalb der sogenannten COST-Aktion, interessiert sich dabei nicht nur für die Beobachtung von Elektronen. „Durch die Attosekundenchemie können wir nicht nur ins Innere von Atomen schauen, sondern dort möglicherweise auch aktiv chemische Reaktionen beeinflussen“, erklärt Stefanie Gräfe. Die kurz gepulsten Lichtstrahlen können so eingesetzt werden, dass sie Elektronen sozusagen aus dem Gefüge herausschießen und somit ganze Bindungen aufbrechen – auf anderen Wegen können möglicherweise neue Bindungen geschaffen werden. Führt man das gezielt aus, so lassen sich praktisch künstlich Ladungsverschiebungen herbeiführen, die chemische Reaktionen begünstigen. Somit ließen sich Abfallprodukte vermeiden, die dann entstehen, wenn ein Molekül an einer ungewünschten Stelle anbindet. Generell könnten Prozesse dieser Art effizienter gestaltet werden. Hier gelte es aber zunächst, mehr über den Ablauf chemischer Reaktionen mithilfe von Attosekundenlaserstrahlen herauszufinden.

Als Theoretikerin arbeitet Stefanie Gräfe vor allem am Computer. Sie wird im Rahmen des Netzwerks beispielsweise Experimente entwerfen, die im Labor durchgeführt werden. Aus den daraus hervorgehenden Daten entwickelt die physikalische Chemikerin dann Modelle, um die wirkenden Phänomene zu erklären.

von mn

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