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Linz (jku) - Dem einzelnen Spin auf der Spur: Bisherige Messungen von Spins (dem Eigendrehimpuls kleinster Teilchen)
bedurften einer riesigen Anzahl von Spins – bis nun an der Johannes Kepler Universität (JKU) Linz weltweit
erstmals ein Magnetresonanz- Experiment erfolgreich an einem einzelnen Spin durchgeführt wurde. Dieser Forschungsdurchbruch
von Prof. Reinhold Koch und Ass.Prof. Stefan Müllegger wurde nun im renommierten „Physical Review Letters“
der Fachwelt vorgestellt.
Bereits kürzlich hatten Ass.Prof. Müllegger und Prof. Reinhold Koch (Vorstand der Abteilung Festkörperphysik
des Instituts für Halbleiter- und Festkörperphysik der JKU) mit ihrer Grundlagenforschung im Bereich
„Molekülmessung durch Hochfrequenzsysteme“ für Aufsehen gesorgt. Nun gelang ihnen ein weltweit einmaliges
Experiment. „Uns ist der Nachweis gelungen, dass aktives Einkoppeln von Hochfrequenz-Strömen in ein einzelnes
Molekül tatsächlich Magnetresonanz anregen kann“, so Prof. Koch. Vermutet wurde das bereits, bewiesen
erst jetzt. Und das hat enorme Auswirkungen.
Hohe Auflösung und mehr Infos
Bislang wurden Spins mittels Radiowellen bzw. mit Photonen gemessen – etwa in der Medizin in Kernspintomographen.
Das liefert zwar Ergebnisse, benötigt aber eine Messprobe von 1013 Spins – also 10 Billionen Spins. Physiker
suchten daher schon lange nach einer Methode, um wirklich einzelne Spins zu untersuchen – mit der neuen JKU-Methode
ist genau das jetzt möglich. „Wir verwenden zur Messung Strom – führen die Messung also nicht mit Photonen,
sondern Elektronen durch. Diese neue Einzelspinuntersuchung braucht tatsächlich nur noch ein einziges Molekül“,
freut sich Ass.Prof. Müllegger.
Die Vorteile: Die Untersuchung bietet eine räumlich hervorragende Auflösung, es können damit
sogar Teilbereiche von Molekülen genauer untersucht werden. Außerdem unterliegt diese Messmethode weniger
physikalischen Einschränkungen als die bisher üblichen, liefert somit auch mehr Informationen. „Man kann
sich das so vorstellen, als ob man der Musik ein paar neue Töne hinzugefügt hätte. Damit lässt
sich natürlich gleich viel mehr anfangen“, beschreibt Müllegger die Bedeutung des Forschungsdurchbruchs.
Weite Anwendungsbereiche
Der besondere Dank gilt dabei auch einem speziellen Molekül: Das „Terbium-Doppeldecker- Molekül“
mit seinen (im Jahr 2003 entdeckten) speziellen magnetischen Eigenschaften diente den JKU-Forschern als ideales
Versuchskaninchen. Und das mit weitreichenden Folgen: „Nachdem wir unseren Erfolg erstmal gefeiert haben, wurde
uns schnell klar, dass wir langsam über die Grundlagenforschung hinausgehen können“, so Müllegger.
Will meinen: Es beginnt die Suche nach praktischen Anwendungen. Von der neuen Messmethode werden frische Impulse
im Bereich der QBits (Ziel: Quantencomputer) sowie der Forschung an Wirkstoffmolekülen (z.B. für medizinische
Therapien oder katalytische Reaktionen) erwartet. Und so ganz nebenbei werden die JKU-Wissenschafter auch die Grundlagenforschung
weiter betreiben, denn: „Mit jedem Durchbruch tun sich ganz neue Fragen auf“, so Müllegger.
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