A vegyészek régi álma, hogy a molekulákban az atomokat összetartó kémiai kötéseket a sebészkéshez hasonló pontossággal a megcélzott helyen hasítsák szét, és az atomok átrendezésével a kémiai folyamatokat a kívánt irányba tereljék.

A legtöbb ilyen irányú próbálkozásban a "sebészkés" szerepét a lézerfény tölti be, amellyel a kötést létesítő elektronokat célozzák meg. Egy német fizikuscsoport most ettől alapjaiban eltérő módszerrel próbálkozott. Eljárásukat fémfelülethez tapadó molekulákra alkalmazták, s merőben újszerű módon, nem a kémiai kötést létesítő elektronokat, hanem az atomtörzs elektronjait célozták meg, lézer helyett röntgenhullámhosszú szinkrotron-sugárzással. A módszer nemcsak sikeresnek bizonyult, hanem minden eddiginél pontosabbnak és hatékonyabbnak is ígérkezik.

Dietrich Menzel és Peter Feulner a Müncheni Műszaki Egyetem kutatói a röntgensugarakkal az elektronhéj belső, az atomtörzshöz tartozó elektronjait gerjesztették. Ennek eredményeként az atomból kilökött elektronok helyén az elektronhéjban elektronhiányos (pozitív töltésű) "lyukak" maradtak vissza, amelyeket szinte azonnal betöltöttek a külsőbb héjakról beugró elektronok. Ha ez utóbbiak kémiai kötést létesítő elektronok közül kerültek ki, akkor ezzel egyidejűleg a megfelelő kémiai kötés is felszakadt. A trükk tehát az, hogy olyan belső héjon levő elektront kell "kiütni", hogy a helyén visszamaradt "lyuk" energiája éppen megfeleljen a kötést létesítő elektron egy alacsonyabb energiájú állapotának.

A kémiai kötések ilyen jellegű felbomlását már korábban is megfigyelték szabad gázokban, a müncheni kutatók azonban most ruténium-felülethez kötött nitrogénmolekulákra alkalmazták a módszert. Jóllehet a szabad nitrogénmolekula szimmetrikus, a felülethez kötött molekulában a szimmetria megbomlik, mivel csak az egyik nitrogénatom létesít kötést a felülettel, s az így kialakult aszimmetrikus környezet megbontja a két atom elektronhéjainak kezdeti szimmetriáját. Igaz, ez a változás nagyon csekély, az eltolódás mindössze néhány tized százalékos nagyságrendű.

A kutatók a belső elektronok gerjesztésére a hamburgi HASYLAB szinkrotron röntgennyalábját használták. A röntgenfotonok energiájának változtatásával sikerült elérni, hogy nitrogénatomok, illetőleg molekulák váljanak szabaddá. Az adatok elemzéséből kiderült, hogy a fotonok energiájának alkalmas beállításával akár a nitrogénmolekulát összetartó N-N-kötés, akár a molekulát a ruténium-felülethez csatoló kötés széthasítható. Ám az, ahogyan ez végbement, éppen az ellenkezője volt annak, mint amire előzetesen számítottak. Egyszerű okoskodással az ember azt várná, hogy a külső (a felülettől távolabbi) nitrogénatom gerjesztése a nitrogénmolekulát, míg a belső atom gerjesztése a felülettel való kötést hasítja el. Ám ennek pontosan a fordítottja történt. "Utólag már értjük, hogy miért - magyarázta Menzel. - Ugyanis nem az számít, hogy melyik atomot céloztuk meg, hanem az, hogy a kiütött elektron helyére honnan tud egy másik beugrani. Például a felülethez kötődő nitrogénatom esetében, mivel a külső elektronok energiája az eredetihez képest picit eltolódott, éppen a másik nitrogénatomból tudja egy elektron betölteni a lyukat."

Bár a módszer felettébb ígéretes, Menzel kétli, hogy egyhamar széles körben elterjedne. Ennek fő akadálya, mint mondta, az, hogy a szinkrotronban előállított röntgenfotonok egyelőre túlságosan költségesek.

(Élet és Tudomány)

Ajánló: