Oberflächenphysik: Quantensprung in der Messempfindlichkeit

Einer Forschergruppe um den Experimentalphysiker Professor Dr. Heinz J. Jänsch vom Fachbereich Physik der Philipps-Universität Marburg ist es gelungen, die Anziehungskräfte zwischen einer einschichtigen Lage von Xenonatomen und einer Iridium(111)-Oberfläche hundert Mal genauer zu vermessen als bisher. Jänsch setzte dazu die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR, nuclear magnetic resonance) ein, kombinierte sie mit einer optischen Methode und erhielt so hunderttausendfach stärkere Messsignale als üblich. "Damit haben wir einen Quantensprung in der Empfindlichkeit vollzogen", so der Marburger Professor, "der absolut notwendig für die jetzt erzielten Resultate war."

Seine auf neuartigem experimentellem Wege gewonnenen Erkenntnisse, die er gemeinsam mit Dr. Peter Gerhard und dem Doktoranden Matthias Koch (beide ebenfalls vom Fachbereich Physik) in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) vom 21. September 2004 veröffentlichte, weisen nun auf Schwierigkeiten in der so genannten Dichte-Funktional-Theorie hin, mit der Oberflächenphysiker die Eigenschaften von Festkörpern beschreiben, und können dazu beitragen, diese zu verbessern.

Dies hätte ganz praktische Auswirkungen: Die schwachen Anziehungskräfte auf atomarer Ebene erklären beispielsweise, wie es einem Gecko gelingt, Wände hoch zu laufen, warum Farbe auf einer Wand hält oder wie groß die mechanische Stabilität vieler Plastikwerkstoffe ist. Das genaue Wissen um diese Kräfte könnte bei der Entwicklung von Stoffen helfen, die besonders gut oder eben gar nicht aneinander haften. "Theoretisch ist schon seit den 1930er Jahren bekannt, wie man die Wechselwirkungen zwischen einem Metall wie Iridium und den chemisch so wenig reaktiven Xenonatomen beschreiben kann", erläutert Jänsch. "Die dazu erforderlichen Berechnungen sind jedoch selbst im Computerzeitalter noch zu umfangreich." Seine experimentellen Ergebnisse könnten dazu beitragen, die bisher üblichen Näherungsverfahren zu verbessern und so die schwachen Anziehungskräfte zwischen Atomen und Molekülen an der Oberfläche von Festkörpern besser zu beschreiben.

Quelle: Universität Marburg