In einer bemerkenswerten Leistung wissenschaftlicher Forschung haben Forscher erstmals das Quantentunneln in Fluoratomen beobachtet. Diese bahnbrechende Entdeckung, die in diesem Jahr bekannt gegeben wurde, markiert einen bedeutenden Fortschritt in unserem Verständnis der Quantenmechanik und ihrer Anwendungen in der Chemie.
Quantentunneln, ein Phänomen, bei dem Teilchen Energiebarrieren überwinden können, die sie eigentlich nicht überwinden sollten, wird typischerweise bei kleineren Teilchen wie Elektronen beobachtet. Wissenschaftler der Freien Universität Berlin haben in Zusammenarbeit mit Kollegen in Frankreich diesen Effekt nun jedoch in Fluoratomen nachgewiesen. Dieser Durchbruch eröffnet neue Wege zur Steuerung chemischer Reaktionen und zum besseren Verständnis der Chemie fluorierter Verbindungen.
Die Reise des Teams begann mit Laserablations-Experimenten, mit dem Ziel, Übergangsmetalle zu untersuchen. Sie bemerkten ein unerwartetes Signal in ihren IR-Spektren, was sie zu der Hypothese der Existenz eines exotischen Polyfluorid-Ions führte. Durch weitere Experimente und Simulationen bestätigten sie, dass das zentrale Fluoratom im Polyfluorid-Ion tatsächlich Quantentunneln durchführte. „Wir konnten nun das gesamte Anion, F, in der Matrixhöhle von Neonatomen simulieren. Und wir fanden Übereinstimmung zwischen Experiment und Theorie“, erklärte Sebastian Riedel.
Diese Entdeckung ist besonders bedeutsam, da Fluor das schwerste Atom ist, bei dem jemals Quantentunneln in einem chemischen Experiment beobachtet wurde. Wie Sebastian Kozuch von der Ben-Gurion-Universität, Israel, feststellte: „Es ist das schwerste Atom, das in einer experimentellen chemischen Situation getunnelt wurde.“ Die Neonmatrix, die das Molekül umgibt, spielt eine entscheidende Rolle, indem sie einen Druck erzeugt, der den Tunnelprozess durch Absenken der Energiebarriere induziert.
Die Implikationen dieser Forschung gehen über die Grundlagen der Chemie hinaus. Fluorierte Verbindungen werden in großem Umfang in Medikamenten, Batterien und anderen modernen Anwendungen eingesetzt. Ihre hochstabilen C-F-Bindungen stellen jedoch ein Umweltproblem dar. Ein tieferes Verständnis der Bindung von Fluor, wie von Riedel hervorgehoben, ist unerlässlich, um diese Umweltprobleme anzugehen. „Wir müssen verstehen, wie Fluorbindungen aktiviert werden können“, betonte er.