Neue Werkzeuge, um molekulare Wechselwirkungen zu verstehen
Diese Grafik zeigt die von Aziz entwickelte Fließzelle, die es ermöglicht, biologische Proben in ihrer natürlichen, wässrigen Umgebung mit Röntgenstrahlung zu untersuchen. Insbesondere die dunklen Stellen im Spektrum lassen nun dank theoretischer Arbeiten der Gruppe um Oliver Kühn sehr genaue Rückschlüsse auf molekulare Interaktionen in der Probe zu. © Uni Rostock
Chemische Prozesse in Organismen aber auch in anorganischen „nassen“ Systemen wie Katalysatoren oder neuen funktionalen Materialien sind höchst komplex und viele sind bisher nur sehr grob verstanden. Denn es ist überaus schwierig, experimentell zu verfolgen, wie Atome oder Moleküle in Lösung miteinander reagieren, Bindungen eingehen oder auflösen. Bisher konnten Forscher mit spektroskopischen Verfahren nur eine Überlagerung aller Wechselwirkungen beobachten, nicht jedoch einzelne Bindungsvorgänge unterscheiden. Das könnte sich durch eine aufsehenerregende Arbeit von HZB-Forschern um Emad Flear Aziz nun ändern. Er entwickelte ein verfeinertes Messverfahren, mit dem er eine Art Fingerabdruck der Wechselwirkungen nehmen kann. Aus diesem „Fingerabdruck“ lassen sich mit Hilfe eines theoretischen Werkzeugs, das Oliver Kühn, Universität Rostock, entwickelt hat, einzelne Reaktionen identifizieren. Die Arbeit ist nun in den Physical Review Letters veröffentlicht.
“Im Grunde beobachten wir, wie Atome und Moleküle in Lösung miteinander wechselwirken”, erklärt Professor Dr. Emad Flear Aziz, Helmholtz-Nachwuchsgruppenleiter am HZB und Professor an der Freien Universität Berlin. Seine jetzt veröffentlichte Arbeit basiert auf einer Entdeckung, mit der Aziz bereits 2010 eine große Debatte ausgelöst hatte: Bei röntgenspektroskopischen Untersuchungen an BESSY II fand er in seinen Proben eine Art „Dunklen Kanal“, in dem Photonen bestimmter Energie verschwanden. Diese Ergebnisse, die von anderen Teams weltweit reproduziert werden konnten, könnten Aufschluss über einzelne Bindungsvorgänge geben, vermutete Aziz bereits damals.
Nun kann er seine Vermutung untermauern. Professor Dr. Oliver Kühn und Postdoktorand Dr. Sergey Bokarev, Universität Rostock, berechneten die Energielevels der möglichen Bindungsprozesse und stellten damit ein Werkzeug zur Verfügung, um die experimentellen Daten zu interpretieren. Auch das Team von Aziz schärfte das experimentelle Verfahren weiter und entwickelte einen neuen Ansatz für die hochauflösende Röntgenspektroskopie. „Wir können nun alle elektronischen Zustände im System, das wir messen, einzeln zuordnen und diejenigen unterscheiden, die mit ihren Nachbarn Bindungen eingehen, von jenen, die es nicht tun“, erklärt Aziz.
Das neue Verfahren ähnelt damit einem Hörgerät, mit dem man im Partylärm gezielt einzelnen Gesprächen zuhören kann, anstatt nur ein Durcheinander von Stimmen wahrzunehmen. Die Forscher sind überzeugt, dass ihre Arbeit dazu beitragen wird, die Chemie des Lebens besser zu verstehen.
Zum Fachbeitrag: State-Dependent Electron Delocalization Dynamics at the Solute-Solvent Interface: Soft-X-Ray Absorption Spectroscopy and Ab Initio Calculations
DOI:10.1103/PhysRevLett.111.083002
Zur Presseinfo 2010 über den Dark Channel Mechanism "Hilfe von der dunklen Seite"
- 3D-Magnetfeld-Experiment an BESSY II bringt Spintronik voran(Fe0.63Ni0.3Pd0.07)3P oder kurz FNPP ist ein magnetisches Material, das auch schon bei Raumtemperatur komplexe magnetische Strukturen zeigt. Das macht das Material für die Spintronik interessant, die Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieeinsatz ermöglichen würde, zum Beispiel neuartige Datenspeicher. Allerdings müsste es dafür gelingen, die gewünschten Strukturen kontrolliert zu erzeugen und zu verändern, und das ist bisher noch eine Herausforderung. Eine neue Studie unter Federführung des HZB ist hier nun einen Schritt vorangekommen. Mit einem weltweit einzigartigen Instrument, dem VEKMAG an BESSY II, zeigten sie, dass ein sehr kleines äußeres Magnetfeld in der Ebene der Strukturen ausreicht, um diese zu verändern.
- Erstmals gesicherte Zahlen: Investitionen in BESSY lohnen sich für Berlin und DeutschlandEine Wirkungsanalyse des DIW Econ zeigt den wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Wert von BESSY II. Jeder investierte Euro bringt Deutschland drei Euro ein, dem Land Berlin sogar zehn Euro. Darüber hinaus gibt die Studie eine wirtschaftliche Prognose zum Bau von BESSY III.
Die Wirkungsanalyse wurde am 3. September 2026 an Dr. Henry Marx, Staatssekretär für Wissenschaft und Forschung im Berliner Senat übergeben. Er befürwortet Investitionen und setzt sich mit Nachdruck für BESSY III ein. - BESSY II gibt Einblick in die Oxidationsprozesse von KupferBevor sich reines Kupferoxid bildet, entstehen komplexe Superstrukturen aus Kupfer- und Sauerstoffatomen wie „29“CuxO. Einblicke in diese „29“-CuxO-Superstruktur sind relevant für die Katalysatorforschung und den Korrosionsschutz bei der Entwicklung von Kupferbehältern für Endlager für radioaktive Abfälle.