Kemisk binding versus elektromagnetiske bølger

Vibrerende kuliltemolekyler adsorberet ved overfladen af ​​en saltkrystal holder op med at bevæge sig efter et par millisekunder. Forskere har nu opdaget, at dette er dominerende på grund af emissionen af ​​elektromagnetiske bølger. Den kemiske bindings rolle ved overfladen synes derved at være mindre vigtig end tidligere antaget. Jörg Meyer fra Leiden Institute for Chemistry har bidraget til den grundforskning, der udkom i Science den 14. december.

Når kulilte (CO)-molekyler binder sig til overfladen af ​​en NaCl-saltkrystal, den såkaldte kemiske binding mellem forskellige atomer og molekyler anses for at være meget vigtig. Ikke kun for at holde molekyler i en stabil position ved overfladen, men også til overførsel af vibrationsenergi. "Du kan sammenligne denne binding med fjederen i bilens støddæmper, der udjævner turen, Meyer forklarer. "Vi har nu opdaget, at vibrerende CO-molekyler på en saltoverflade sænker farten dominerende på grund af emissionen af ​​elektromagnetiske bølger og mindre på grund af den kemiske binding." Disse bølger ser ud til at spille en vigtigere rolle i overførslen af ​​vibrations energi end tidligere antaget.

Ifølge Meyer, den korrekte teoretiske beskrivelse af kemiske bindinger mellem atomer, molekyler og overflader kræver kvantemekanik. På grund af dette, kvantemekanik forventedes også at være afgørende for at beskrive overførslen af ​​vibrationsenergi. I modsætning hertil, den klassiske teori bag elektromagnetiske bølger, såsom lys eller radiobølger, er en såkaldt kontinuumteori, der ikke eksplicit redegør for, at stof består af individuelle atomer. Den skotske fysiker James Clerk Maxwell udviklede teorien i anden halvdel af det 19. århundrede, da kvantemekanikken endnu ikke var opfundet. "Derfor, det har været virkelig overraskende og i starten meget svært at tro på, at en sådan teori spiller en nøglerolle her – på samme måde som den gør det for det begrænsede område af f.eks. radiotransmission på makroskopisk skala."

Meyer arbejdede tæt sammen med forskningsgrupperne fra universitetet i Göttingen samt det lokale Max Planck Institut ledet af Dirk Schwarzer og Alec Wodtke, som omsatte observationerne til ny indsigt om den kemiske bindings rolle til overfladen. "Faktisk, de kom på ideen, og jeg blev ikke umiddelbart overbevist, Meyer griner. På den eksperimentelle side, Göttingen-gruppen bruger et unikt mellem-infrarødt emissionsspektrometer med hidtil uset følsomhed og tidsopløsning. Meyer bidrog selv ved hjælp af computersimuleringer. "For dele af disse simuleringer, Jeg havde brug for at designe og implementere nye computerprogrammer, andre krævede en masse beregningsmæssig indsats og skulle derfor køres på min computerklynge i stedet for min bærbare computer."

Fra et videnskabeligt synspunkt, Meyer mener, at projektet er en interessant smeltedigel af kemi, fysik og anvendt datalogi. Forskningen gav ham mulighed for at opnå meget grundlæggende indsigt i, hvordan energi overføres på atomskalaen. Meyer:"Sådanne elementære processer bestemmer i sidste ende, hvorfor energi effektivt kan bruges eller spildes i den makroskopiske verden, der er begyndt at indse vigtigheden af ​​energi og bæredygtighed."