In moleculen trillen de atomen met karakteristieke patronen en frequenties. Trillingen zijn daarom een ​​belangrijk hulpmiddel bij het bestuderen van moleculen en moleculaire processen zoals chemische reacties. Hoewel scanning tunneling microscopen kunnen worden gebruikt om individuele moleculen in beeld te brengen, waren hun trillingen tot nu toe moeilijk te detecteren.

Natuurkundigen van de Universiteit van Kiel (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, CAU) hebben nu een methode uitgevonden waarmee de trillingssignalen tot een factor 50 kunnen worden versterkt. Bovendien hebben ze de frequentieresolutie aanzienlijk verhoogd. De nieuwe methode zal het begrip van interacties in moleculaire systemen en verdere simulatiemethoden verbeteren. Het onderzoeksteam heeft de resultaten nu gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters .

De ontdekking door Dr. Jan Homberg, Dr. Alexander Weismann en Prof. Dr. Richard Berndt van het Instituut voor Experimentele en Toegepaste Natuurkunde, berust op een speciaal kwantummechanisch effect, de zogenaamde "inelastische tunneling". Elektronen die door een molecuul gaan op hun weg van een metalen punt naar het substraatoppervlak in de scanning tunneling microscoop, kunnen energie aan het molecuul afgeven of er energie van opnemen. Deze energie-uitwisseling vindt plaats in gedeelten die worden bepaald door de eigenschappen van het betreffende molecuul.

Normaal gesproken gebeurt deze energieoverdracht slechts zelden en is daarom moeilijk te meten. Om het meetsignaal te versterken en tegelijkertijd een hoge frequentieresolutie te bereiken, gebruikte het team van de CAU een speciale eigenschap van moleculen op supergeleiders die ze eerder hadden ontdekt:ze zijn geschikt gerangschikt, de moleculen vertonen een toestand in de spectra die naaldvormig lijkt, zeer hoog en extreem scherp - de zogenaamde Yu-Shiba-Rusinov-resonantie.

De experimenten werden ondersteund door theoretisch werk van Troels Markussen van het softwarebedrijf Synopsis in Kopenhagen. + Verder verkennen

Maken en verbreken van chemische bindingen in enkele 'nanoconfined' moleculen