Pressemitteilung Femtolabor 2002 - Christian

Pressemitteilung - Bunsentagung 2003
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http://www.uni-kiel.de/phc/temps/press/Pressemitteilung-Femtolabor.htm
INSTITUT FÜR PHYSIKALISCHE CHEMIE
CHRISTIAN-ALBRECHTS-UNIVERSITÄT ZU KIEL
Prof. Dr. F. Temps
Das Institut für Physikalische Chemie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel eröffnet am
Freitag, dem 22.3.2002 zwei neue, hochmoderne Laboratorien, ein Femtosekunden-Laserlabor für
Untersuchungen ultraschneller chemischer Reaktionen und ein Massenspektrometrie/AnalytikLabor.
Der Einsatz von Femtosekunden-Lasern ermöglicht direkte Untersuchungen der schnellsten
chemischen Prozesse. Eine Femtosekunde ist der unvorstellbar kurze Zeitraum, in der ein
Lichtstrahl eine Distanz von nur ca. 1000 Atomen zurücklegt. Auf dieser Zeitskala vollzieht sich in
einem Molekül bei einer Reaktion der Bruch und die Neubildung chemischer Bindungen. Mit Hilfe
der sogenannten Pump-Probe-Technik, bei der zwei oder mehr zeitlich genau abgestimmte,
gegeneinander verzögerte Femtosekunden-Laserpulse eingesetzt werden, können Chemiker
diese Vorgänge wie mit einem Stroboskop quasi eingefroren beobachten und zeitlich auflösen.
Für die Entwicklung des Gebiets der Femtochemie erhielt Ahmed Zewail vom California Institute
for Technology in Pasadena 1999 den Nobelpreis für Chemie.
Kern des neuen Kieler Femtosekunden-Laboratoriums ist ein Titan-Saphir-Laser, der im Jahr 2001
aus Mitteln des Leibniz-Preises von Prof. Temps von der DFG beschafft wurde. Dieser liefert
Laserpulse von ca. 200 Femtosekunden Dauer bei einer Wellenlänge von 780 nm, an der Grenze
zum infraroten Spektralbereich. Moleküle absorbieren normalerweise jedoch blaues und
ultraviolettes Licht. Am Kieler Institut wurde deshalb in den vergangenen Monaten eine Quelle
aufgebaut, die von dem Titan-Saphir-Laser gepumpt wird und abstimmbare Laserpulse von
weniger als 30 Femtosekunden Dauer im Bereich von ca. 220 bis 2000 nm erzeugt. Damit ist der
gesamte interessierende Wellenlängenbereich erschlossen. Aufgrund der zur Verfügung
stehenden hohen Laserleistung ist es möglich, mehrere Experimente gleichzeitig zu betreiben, so
dass auch für Arbeitsgruppen aus anderen Instituten der CAU Nutzungsmöglichkeiten eröffnet
werden können.
Im Arbeitskreis von Prof. Temps werden damit Forschungsarbeiten auf mehreren Gebieten
ausgeführt: Eines ist die Untersuchung der ultraschnellen dynamischen Vorgänge in molekularen
Schalter und anderen Funktionsmolekülen, die zum Teil von Prof. Herges im Institut für
Organische Chemie synthetisiert werden. Ein anderes Gebiet ist das Studium biologisch aktiver
Moleküle. Mit den in der DNS des Erbmaterial eingebauten Basen hat die Natur Moleküle
ausgewählt, die gegenüber Bestrahlung außergewöhnlich stabil sind. Diese Photostabilität hat
ihre Ursache in sehr kurzen Lebenszeiten der angeregten Moleküle, wobei die zugrundeliegenden
Mechanismen bislang jedoch wenig verstanden sind. Ein erst jetzt realisierbarer Traum jeden
Chemikers ist es schließlich, mit Hilfe von ultrakurzen Laserpulsen gezielt die Richtung
chemischer Reaktionen zu beeinflussen.
Als weitere Geräte sollen in dem Laserlabor ein Flugzeit-Massenspektrometer und ein
computergesteuerter optischer parameterischer Oszillator hinzukommen, mit dem weitergehende
Untersuchungen an isolierten Molekülen und Molekül-Aggregaten möglich werden. Das
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Massenspektrometer wird derzeit mit Hilfe der Institutswerkstatt unter Verwendung optimal
angepasster mechanischer und elektronischer Komponenten für weniger als ein Viertel
(einschließlich Arbeitszeit) der Kosten eines kommerziellen Geräts gebaut. Leider ist die Werkstatt
mit anderen Arbeiten jedoch so ausgelastet, dass auf diese Apparatur noch bis September
gewartet werden muss.
In dem Massenspektrometrie/Analytik-Laboratorium wird von Prof. Grotemeyer ein aus
Industriebeständen erhaltenes doppelfokussierendes, höchstauflösendes Spektrometer
betrieben. Dieses Spektrometer besteht aus einem Magnetfeld und einem elektrostatischen Feld.
Moleküle werden gasförmig in dieses System eingebracht und ionisiert. Anschließend werden
diese ionisierten Teilchen nach ihrer Masse aufgetrennt und damit in ihrer
Elementarzusammensetzung und Struktur identifiziert. Neben diesem analytischen Einsatz
erlaubt die Massenspektrometrie auch die Messung und Identifizierung von Elementarreaktionen
von Molekülen. Das Massenspektrometer ist also nichts anderes als ein chemisches
Reaktionsgefäß, in dem alle ablaufenden Prozesse von Molekülen detailliert untersucht werden
können.
Prof. Grotemeyers Arbeitsgebiet ist die Laser-Massenspektrometrie. Hierbei werden zur Ionisation
der Moleküle Laserpulse vom Femtosekunden- bis zum Nanosekunden-Bereich eingesetzt. Im
Zusammenhang mit dem doppelfokussierenden Massenspektrometer lassen sich damit präzise
Aussagen zur Dynamik von chemischen Reaktionen machen. Daneben werden im Arbeitskreis
von Prof. Grotemeyer noch fünf andere Massenspektrometer eingesetzt, bei denen die
Massentrennung beispielsweise aufgrund der Flugzeit der Teilchen beruht.
Die neuen Laboratorien wurden mit zusätzlichen Mitteln der Universität eingerichtet. Die Arbeiten
mit den kurzen Laserpulsen beispielsweise setzen Reinraumbedingungen voraus, um
Beschädigungen der empfindlichen optischen Komponenten zu vermeiden.
Mit den zahlreichen bereits vorhandenen und jetzt neu dazugekommenen
Forschungsapparaturen und dem exzellenten Stamm von Mitarbeitern, Doktoranden und
Diplomanden zählt das Kieler Institut für Physikalische Chemie zu den führenden Zentren der
Laserchemie in Deutschland. Für diese Stellung besonders wertvoll ist auch die zum 1.4.02 nach
langen Bemühungen besetzte Professur für Theoretische Chemie.
Kiel, den 8.3.2002
Prof. Dr. F. Temps
Prof. Dr. J. Grotemeyer
FT-08-03-2002
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