Prof. Dr. Gerd Kothe

Ehemaliger Lehrstuhlinhaber

Institut für Physikalische Chemie
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Albertstraße 23a
D-79104 Freiburg

Akademischer Werdegang

Gerd Kothe studierte Chemie an der Universität München und promovierte 1971 bei Herbert Zimmermann an der Universität Freiburg. Nach einem Aufenthalt als Postdoktorand an der Washington University bei S.I. Weissman kehrte er an die Universität Freiburg zurück, wo er sich 1977 habilitierte. 1981 nahm er einen Ruf auf eine Professur für Physikalische Chemie an der Universität Stuttgart an. Nach der Ablehnung eines Rufs an die Technische Universität Darmstadt wurde er 1994 zum Professor für Physikalische Chemie an der Universität Freiburg berufen.

Publikationen

Arbeitsgebiete

• EPR

EPR-Untersuchungen der Primärprozesse der Photosynthese

Die Primärprozesse der Photosynthese verlaufen über lichtinduzierte Radikalpaare als kurzlebige Intermediate. Ziel unserer Untersuchungen ist die molekulare Charakterisierung dieser Spezies mit zeitaufgelöster EPR bei 9.5 GHz (X-Band), 34 GHz (Q-Band) und 94 GHz (W-Band). Besonderes Interesse gilt dabei neuen Kohärenzphänomenen, die bei diesen Radikalpaaren beobachtet werden. Die Kombination von zeitaufgelöster EPR mit Laser-Impulsanregung ist eine effektive Methode für das Studium der Elektronen-Transferprozesse, die auf die lichtinduzierte Ladungstrennung in photosynthetischen Reaktionszentren und biomimetischen Modellsystemen folgen. Quantenschwebungen und Kernmodulationen

Die Entstehung von Elektronen- und Kernkohärenzen kann auf die schnelle lichtinduzierte Ladungstrennung zurückgeführt werden, die der Laserimpuls auslöst. Im transienten EPR-Experiment variieren Phase und Frequenz der Nullquantenkohärenzen der Elektronen (Quantenschwebungen) über dem Pulverspektrum. Die ausgeprägte Variation kann dazu benutzt werden, die Geometrie des Radikalpaars im ladungsgetrennten Zustand zu ermitteln. Einkristalle sind für diese genaue Strukturbestimmungs-Methode nicht erforderlich. Mit gepulster X-Band EPR läßt sich der Mechanismus der Erzeugung von Kernkohärenzen durch einen Laserimpuls aufklären. Der neue Mechanismus führt zu einer beträchtlichen Steigerung der Nachweisempfindlichkeit. Dies steht in engem Zusammenhang mit der optischen Spinpolarisation der Kernspinzustände durch den Laserimpuls. Analytische Modellrechnungen zeigen, daß die optische Kernpolarisation um den Faktor ~40000 größer ist als die thermische Polarisation. Aus der Analyse der lichtinduzierten Kernkohärenzen wird detaillierte Information über die elektronische Struktur von Donator und Akzeptor in photosynthetischen Reaktionszentren erhalten.

• NMR

Viskoelastische Eigenschaften von Flüssigkristallen

Im Mittelpunkt stehen die Entwicklung und Anwendung neuer NMR-Methoden zur Charakterisierung von Mesophasen über einen extrem großen Längen- und Zeitskalen-Bereich. Von besonderem Interesse ist die Identifizierung und Charakterisierung langsamer Bewegungen in Flüssigkristallen. Diese niederfrequenten Prozesse spiegeln die Relaxation mesoskopischer Strukturen wider und werden durch die viskoelastische Natur des Mediums bestimmt. Neuere technische und methodische Entwicklungen in der NMR erlauben die detaillierte Untersuchung der viskoelastischen Eigenschaften einer Reihe von Mesophasen, einschließlich biologischer Membranen und flüssigkristalliner Polymere. Die Analyse von Impulsfrequenz-abhängigen transversalen Relaxationszeiten liefert Werte für die spreizelastische Konstante und effektive Viskosität von verschiedenen Biomembranen, die Cholesterol und Proteine enthalten. Messungen bei vier verschiedenen Magnetfeldstärken deuten an, daß das Niederfrequenz-Plateau im Dispersionsprofil durch die magnetische Dämpfung der kollektiven Moden bestimmt wird.

Molekulares Design von funktionalen Flüssigkristallen

Spin-Gitter-Relaxationszeit-Messungen in Abhängigkeit von Temperatur, Direktororientierung und Larmorfrequenz ermöglichen die Charakterisierung der komplexen Bewegungen dieser Systeme. Mit Hilfe von Impulsfrequenz-abhängigen transversalen Relaxationsmethoden können kollektive Bewegungen und viskoelastische Eigenschaften bei den üblichen hohen Magnetfeldern untersucht werden. Relaxationszeitmessungen in Kombination mit Rheo-NMR-Methoden werden eingesetzt, um praktisch alle viskoelastischen Parameter eines Flüssigkristalls zu bestimmen. Langsame Probenrotation kann zur Untersuchung von hochviskosen Flüssigkristallen verwendet werden. Für niedrigviskose Materialien benötigt man höhere Rotationsfrequenzen und einen speziellen Probenkopf, der auch zur Identifizierung von biaxialen Nematen herangezogen werden kann. Ziel der Forschungsaktivitäten ist es, mit Hilfe der Kernresonanz grundlegende Fragen zu klären im Zusammenhang mit der gezielten Herstellung von neuen Flüssigkristallen mit speziellen Materialeigenschaften.