Molekülphysik

Molekülphysik ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit den Eigenschaften, Strukturen und Dynamiken von Molekülen beschäftigt. Sie verbindet Prinzipien der Quantenmechanik, der Spektroskopie und der statistischen Mechanik, um das Verhalten von Molekülen in verschiedenen Zuständen und Umgebungen zu verstehen. Typische Forschungsfragen betreffen die elektronische Struktur, Rotations- und Schwingungsbewegungen, Reaktionspfade sowie Energie- und Transferprozesse zwischen Molekülen.

Experimentelle Methoden umfassen Spektroskopie (Infrarot, Raman, UV/Vis), Molekülstrahl-Experimente, Photoelektronenspektroskopie, ultrakurze Laserpulse und Kühltechniken zur Isolierung einzelner Moleküle. Theoretisch arbeiten Molekülphysiker mit Quantenchemie, ab initio-Verfahren, Dichtefunktionaltheorie (DFT), Molekulardynamik (MD) und anderen numerischen Ansätzen, um Strukturen, Potentialflächen und Dynamik zu berechnen.

Anwendungen finden sich in der Chemie, Materialwissenschaft, Biophysik, Atmosphären- und Astrochemie sowie in der Nanotechnologie. Zentrale Beiträge betreffen das Verständnis von Reaktionsmechanismen, Energietransfer, intermolekularen Wechselwirkungen und die Charakterisierung komplexer Molekülsysteme wie Proteine oder Ionenpaare.

Historisch gehört die Molekülphysik zu den frühen Entwicklungen der Quantenchemie. Bedeutende Konzepte sind die Born-Oppenheimer-Näherung, die Molekülorbitaltheorie und der Aufbau chemischer Bindungen durch Theorien wie Heitler-London. Mit Fortschritten in der Spektroskopie und in der Theorie wurde zunehmend detaillierte Einsicht in Vibrations- und Rotationsstrukturen gewonnen.

Die Molekülphysik steht in enger Verbindung mit der Chemischen Physik und der Quantenchemie und dient als Brücke zwischen experimentellen Messungen und theoretischen Modellen.