Kieler Forschung ordnet Signale einzelner Moleküle neu zu

Forschende aus Kiel und San Sebastian haben nach Angaben der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel einen Weg entwickelt, verschiedene Anregungen einzelner Moleküle in Messdaten besser zu unterscheiden. Untersucht wurde Cobaltocen auf einer Bleifläche bei sehr niedrigen Temperaturen. Die Ergebnisse erschienen in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“.

Warum die Messsignale schwer zu deuten sind

Moleküle können unterschiedliche Quantenzustände annehmen. In einem Spektrum können sich daher mehrere Effekte überlagern. Ein sprunghafter Anstieg des gemessenen Stroms zeigt zwar, dass bei einer bestimmten Energie ein Prozess ausgelöst wird. Er verrät aber zunächst nicht eindeutig, ob es sich etwa um eine Schwingung, einen Spinwechsel oder einen Wechsel zwischen Orbitalen handelt.

Mehrere Messwege kombiniert

Das Team nutzte Tunnelspektroskopie und veränderte die Energie von Elektronen, die zwischen einer metallischen Spitze und dem Molekül wechselten. Zusätzlich prüften die Forschenden die Wirkung eines starken Magnetfelds. Die Kombination dieser Beobachtungen mit theoretischen Rechnungen half dabei, Messsignale den jeweiligen Molekülzuständen zuzuordnen.

Kein fertiger Quantencomputer

Die Arbeit beschreibt Grundlagenforschung. Sie stellt kein neues, unmittelbar einsetzbares Bauteil für Quantencomputer vor. Die Universität verweist jedoch darauf, dass ein besseres Verständnis molekularer Zustände für die Entwicklung von Quantentechnologien relevant sein kann. Ob und wann daraus Anwendungen entstehen, bleibt offen.

• Untersuchtes Molekül: Cobaltocen
• Methode: Tunnelspektroskopie und Magnetfeldmessungen
• Publikation: „Physical Review Letters“

Die Studie zeigt, wie präzise Laborbeobachtungen und Berechnungen zusammenwirken können. Gerade bei sehr kleinen Systemen ist diese Zuordnung entscheidend, damit aus einem Messsignal eine belastbare wissenschaftliche Aussage wird.