UR-Forschende veröffentlichen Studie im renommierten Magazin Nature

Physiker*innen der Universität Regensburg haben einen Weg gefunden, den Quantenzustand einzelner Elektronen mit einem atomar auflösenden Mikroskop zu manipulieren. Die Ergebnisse der Studie wurden jetzt im renommierten Fachmagazin Nature veröffentlicht.

Künstlerische Darstellung der Integration von Elektronenspinresonanz in die Rasterkraftmikroskopie. Die weiße Struktur unten repräsentiert ein einzelnes Molekül, die Pfeile seinen Spin-Quantenzustand und die Wellenlinien das Radiofrequenz-Magnetfeld, welches die Elektronenspinresonanz treibt. Letztere wird mit der Spitze eines Rasterkraftmikroskops detektiert. (Foto: © Eugenio Vázquez)Die uns umgebende Welt bestehet aus Atomen und Molekülen. Die Moleküle sind so winzig, dass selbst ein Staubkorn unzählige von ihnen enthält. Umso faszinierender ist es, dass es heutzutage möglich ist, solche Moleküle mit einem Mikroskop, dem so genannten Rasterkraftmikroskop, präzise abzubilden. Dieses funktioniert ganz anders als ein Lichtmikroskop: Es basiert auf der Detektion winziger Kräfte zwischen einer Spitze und dem zu untersuchenden Molekül (siehe Illustration). Auf diese Weise kann man sogar die innere Struktur eines Moleküls abbilden. Obwohl man das Molekül gleichsam beobachten kann, bedeutet dies nicht, dass man alle seine Eigenschaften kennt. Es ist zum Beispiel allein schon sehr schwer zu bestimmen, aus welchen Atomen das Molekül besteht.
Glücklicherweise gibt es andere Instrumente und Methoden, mit denen man die Zusammensetzung von Molekülen bestimmen kann. Eines davon ist die Elektronenspinresonanz, die auf ähnlichen Prinzipien wie ein MRT-Scanner in der Medizin beruht. Bei der Elektronenspinresonanz benötigt man jedoch in der Regel unzählige Moleküle, um ein messbares Signal zu erhalten. Auf diese Weise kann man nicht auf die Eigenschaften jedes einzelnen Moleküls zugreifen, sondern nur auf deren gemittelten Signale.