Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Wie zerfallen kleinste Bleiteilchen?

24.04.2018

Grafik: Stephan König

In der Grafik ist der Beschuss von in einer Penning-Ionenfalle gefangenen Bleiteilchen schematisch dargestellt. In den Kästen rechts ist das Zerbrechen eines geladenen (mit zwei Elektronen) Teilchens bestehend aus mehreren Atomen in ein Elektron und ein einfach geladenes Teilchen (oben) und in zwei größere jeweils geladene Teilchen (unten) schematisch dargestellt.

Greifswalder Physiker haben den Zerfall von Bleiteilchen im Subnanobereich untersucht und überraschende Erkenntnisse zu ihrem Zerfallsverhalten gewonnen.

In der Physik wird unterschieden zwischen Atomen und Festkörpern. Zwischen diesen liegen sogenannte Cluster, also Teilchen, die aus wenigen bis hin zu Tausenden Atomen bestehen. Aufgrund ihrer Größe weisen sie Eigenschaften auf, die sowohl von den einzelnen Atomen als auch von ausgedehnten Festkörpern abweichen. Schon das Entfernen oder Hinzufügen eines einzelnen Atoms kann die Eigenschaften eines Clusters völlig verändern. Die Untersuchung dieser Eigenschaften ist eines der Hauptforschungsgebiete der Arbeitsgruppe Atom- und Molekülphysik des Instituts für Physik der Universität Greifswald.

Für die nun vorgestellten Untersuchungen wurde ein hochreiner Draht aus Blei mit einem Laser bestrahlt. Dies führt zur Bildung eines Plasmas aus Elektronen und Bleiatomen, welches anschließend stark abgekühlt wird, so dass sich die Bleiatome aneinander anlagern können. Die so entstandenen (elektrisch geladenen) Cluster werden in Ionenfallen gefangen, für die Messungen präpariert und mit einem Massenspektrometer nachgewiesen.

Bei den negativ geladenen kleinen Bleiclustern aus knapp 20 bis fast 40 Atomen konnte schon bei Elektronen- und bei Laserbeschuss ein Zerfallsverhalten beobachtet werden, dass von anderen Metallen abweicht: Während bei Kupfer-, Silber- und Goldclustern jeweils nur einzelne neutrale Atome oder das überzählige Elektron abgegeben werden, zerfallen die Bleicluster in größere Bruchstücke. Erst bei größeren Bleiclustern verschwindet der Zerfall in größere Bruchstücke zugunsten der bekannten Abdampfung einzelner Atome, was auch von Modellen kleiner Metallkügelchen vorhergesagt wird.

Die Experimente mit Elektronenstrahlen und Lasern wurden nun vor kurzem kombiniert. Dabei wurde zum ersten Mal eine Spaltung von zweifach negativ geladenen Metallclustern in jeweils einfach geladene kleinere Cluster beobachtet. Damit setzt sich offensichtlich das von den Edelmetallen abweichende Zerfallsverhalten fort, ebenso wie die Rückkehr zu dem erwarteten Verhalten bei den größeren Clustern. Dies lässt nun vermuten, dass sich auch andere Eigenschaften der Teilchen verändern. So legen die Beobachtungen nahe, dass es bei der Vergrößerung der Bleicluster einen Übergang vom Halbleiter zum Metall gibt, während auch schon kleinste Edelmetallcluster eher metallisch sind.

Für solche Erkenntnisse der Grundlagenforschung interessieren sich unter anderem Werkstoffforscher, die nach Materialien mit besonderen Eigenschaften suchen. Von Nanoteilchen erwartet man hier neue Impulse. Im Idealfall könnte man die Materialeigenschaften mittels der Clustergrößen kontrollieren – auch wenn die jetzigen Ergebnisse noch viele Schritte von einer konkreten Anwendung entfernt sind.

Originalveröffentlichung:

S. König, A. Jankowski, G. Marx, L. Schweikhard, and M. Wolfram;"Fission of Polyanionic Metal Clusters"; Phys. Rev. Lett.; 120, 163001 – Published 16 April 2018

Stephan König, Franklin Martinez, Lutz Schweikhard and Markus Wolfram; "Photodecay Pathways of Stored, Size-Selected Lead Clusters Pbn+, n = 6–41 and Pbn–, n = 9–56"; J. Phys. Chem. C; 2017, 121 (20), pp 10858–10864

Markus Wolfram et al.; "Disentangling the photodissociation pathways of small lead clusters by time-resolved monitoring of their delayed decays: the case of Pb31+"; Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics; 2018, Volume 51, Number 4

StephanKönig et al.; "Interaction of anionic lead clusters Pbn-, n = 10, 12–102 with electrons – Polyanion production and cluster decay"; International Journal of Mass Spectrometry; 2017

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Blei
  • Zerfallsreaktionen
  • Atome
  • Physik
Mehr über Universität Greifswald
  • News

    Ressourcenschonende und umweltfreundliche Kombination von Chemo- und Biokatalyse

    Enzyme als natürliche Biokatalysatoren werden schon länger vielfältig für chemische Synthesen genutzt. Ein aktueller Trend in der Biotechnologie ist die direkte Kombination solcher Verfahren mit chemokatalytischen Reaktionen zur Entwicklung umweltfreundlicher und ressourcenschonender Verfah ... mehr

    Spin-Strom aus Wärme

    Elektronische Geräte wie Computer erzeugen Wärme, die meist nicht genutzt wird. Physiker der Universität Bielefeld können diese Energie nutzen: Sie erzeugen mit Wärme magnetische Signale, bekannt als „Spin-Ströme“. Diese Signale könnten in Zukunft den elektrischen Strom in Elektronikbauteil ... mehr

    Blaue LEDs ermöglichen neue chemische Reaktionen mit Enzymen

    Biochemiker der Princeton University aus den USA konnten zeigen, dass durch Bestrahlung mit blauen LEDs neuartige Reaktionen bei Enzymen ausgelöst werden können, die bisher in der Natur unbekannt waren. Die Bedeutung dieser Entdeckung wurde von Prof. Dr. Uwe Bornscheuer (Universität Greifsw ... mehr

  • Universitäten

    Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald

    Fünf Fakultäten sind die organisatorischen Grundeinheiten der Universität Greifswald. Interdisziplinarität wird hier groß geschrieben: so zum Beispiel in fächerverbindenden Studiengängen, durch kooperative Forschungsvorhaben oder mit Ringvorlesungen, die von den Fakultäten gemeinsam verantw ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.